太陽浮上磁場・活動領域形成 に関する 大規模 MHD 数値シミュレーション

Post on 21-Jan-2016

67 Views

Category:

Documents

3 Downloads

Preview:

Click to see full reader

DESCRIPTION

宇宙研 STP セミナー (2010 Nov. 25 ). 太陽浮上磁場・活動領域形成 に関する 大規模 MHD 数値シミュレーション. 鳥海 森 東京大学大学院 理学系研究科 地球惑星科学専攻(横山研 M2 ). 内容. イントロダクション これまでの研究について 2 次元軸方向計算 2.5 次元断面方向計算 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算) 3 次元浮上磁場計算 まとめと今後の課題 Appendix. 内容. イントロダクション これまでの研究について 2 次元軸方向計算 2.5 次元断面方向計算 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算) - PowerPoint PPT Presentation

Transcript

太陽浮上磁場活動領域形成に関する大規模MHD数値シミュレーション

宇宙研 STP セミナー (2010 Nov 25)

鳥海 森東京大学大学院 理学系研究科 地球惑星科学専攻(横山研 M2 )

1

内容

1 イントロダクション2 これまでの研究について

1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

2

内容

1 イントロダクション2 これまでの研究について

1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

3

軟 X 線画像 ( ようこう SXT) 光球磁場 (SOHOMDI)

太陽活動と磁場

4

太陽活動と磁場は密接に関連している 活動領域はグローバルな磁束管が浮上して形成される (Parker 1955) 活動領域はフレア CME を起こすなど宇宙空間に影響を与える

Fan (2004)

磁気浮力不安定性 磁束管内部は周囲に比べて軽いため浮力が生じる 磁束管内部のプラズマが磁力線に沿って落下 内部の密度が減少しますます浮上

活動領域と浮上磁場

5

太陽内部の磁束管はねじれていると考えられている 巻き成分が内向きの磁気張力をもつ 磁気張力によって磁束管の崩壊を防ぐ

活動領域と浮上磁場

6

軸方向成分 BX+=

巻き成分 BΦ

+=

ねじれた磁束管 B

活動領域と浮上磁場

浮上磁場 太陽ダイナモの一部 磁気浮力によって対流層底部から

浮上し表面に活動領域を作る

7

北極

赤道面

対流層

放射層

中心核

Zwaan (1985)

観測例 Strous amp Zwaan (1999)

活動領域と浮上磁場

8光球磁場 Hα 画像(彩層)

垂直シートモデル各浮上イベントは垂直な平面内で生じる磁気要素の分裂とシア運動

先行研究の概観

9

Moreno-Insertis (1996)

先行研究 浮上磁場の理論研究は

「対流層内部」と「外層大気」に二分されてきた

大きなスケール差のため 今後は浮上磁場を一貫し

て扱った研究が必要200000 km

Fan (2001)

問題点課題 太陽のグローバルな磁束の輸送過程とその結果としての活動

領域形成の物理を知りたい しかし光学観測では太陽内部を見られない また理論研究は太陽内部上空大気に二分されていた 対流層から太陽表面を通じ上空に至る一貫した磁束輸送過程

の理解がなされていない 特に表面付近における浮上磁場のダイナミクスや活動領域形

成の様子が未解明

浮上磁場研究の問題点課題

10

本研究の目的 太陽対流層の深さ 2 万 km からの磁束浮上 MHD 数値計算理論

モデルの構築 対流層太陽表面上空大気を一貫して扱う(初めての試み) 深さ 2 万 km における磁束の存在条件を求める 対流層の厚さ 20 万 km に対して上部 10

太陽内部の数値計算では深さ 2 万 km 程度までしか扱えない 従来の光球~上空の計算では深さ 2000 km 程度(従来の 10

倍深い)

本研究の目的

11

200000 km

-20000 km

内容

1 イントロダクション2 これまでの研究について

1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

12

2 次元計算 2 つのモード

2 次元計算には 2 通りのモードが考えられる 軸方向計算  rarr 純粋な 2 次元計算 断面方向計算 rarr 奥行き成分をもつ「 25 次元計算」

13

x

x

y

y

z

z

z

内容

1 イントロダクション2 これまでの研究について

1 2次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

14

2 次元軸方向計算

セットアップ

xH0

zH0

NX timesNZ

=1536times1920

BX = 104 G Φ = 1021 Mx(底面積 Dtimes10D の直方体を仮定)

磁束の厚さD = 1000 km

磁束管の初期深度 -20000 km

光球は等温成層= 対流安定

15

LX = 160000 km

LZ = 80000 km

-400 +400

+200

-200

密度磁力線速度場16

2 次元軸方向計算

光球付近における減速

磁束上の流体 磁束が浮上すると流体が磁束上に蓄積する 光球は対流安定なので流体は光球を突破できない蓄積した磁束上の流体が磁束の浮上を抑制する

17

パラメータ研究

現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

磁場強度 B = 104 G 総磁束量 Φ = 1021-1022 Mx

18

内容

1 イントロダクション2 これまでの研究について

1 2 次元軸方向計算2 25次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

19

25 次元断面方向計算

セットアップ

BX = 15times104 G Φ = 47times1020 Mx

20

LY = 160000 km

LZ = 80000 km

磁束管半径D = 1000 km

磁束管初期深度 -20000 km

yH0

zH0

NX timesNZ

=1536times1920 -400 +400

+200

-200

光球は等温成層= 対流安定

21

25 次元断面方向計算

密度磁力線速度場

パラメータ研究

現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

磁場強度 B = 15times104 G ねじれ強度 gt 50times10-4 km -1

22

+=

2 次元計算のまとめ

深さ 2 万 km からの磁束浮上計算 光球付近で減速し水平に広がった構造を形成する B = 104 G Φ = 1021-1022 Mx ねじれ gt 50times10-4 km-1

減速の物理 磁束上の流体は光球面を突破しづらいため下方の磁束を抑制する

軸方向計算と断面方向計算断面方向の浮上が速い 断面計算では磁束上の流体が流れ落ちるため

3 次元計算の困難さ グリッド数が膨大になる( N = 106 rarr 109 )

23

内容

1 イントロダクション2 これまでの研究について

1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

3 3次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

24

3 次元浮上磁場計算

セットアップ 2 次元計算と同じ初期条件

25-400 xH0 +400

zH0

+250

-200 yH0-200

+200

LX = 160000 km

LZ = 90000 km

NX timesNYtimesNZ

=512times256times1024=108 (非一様グリッド)

LY = 80000 km

3 次元浮上磁場計算

磁場強度 log(BB0)

26

bullxlt0 ygt0 のみ表示bull表面付近で水平に広がった構造をとるbull上空に複数の磁気ドームを形成する

3 次元浮上磁場計算

磁束高度浮上速度の時間発展

27

3 次元浮上磁場計算

光球面磁場 BZB0

28

Fan (2001)

3 次元浮上磁場計算

光球面磁場 BZB0 と磁力線

29

bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

3 次元浮上磁場計算

結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

30

3 次元浮上磁場計算

議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

ているようではない

31

Zwaan (1985)

3 次元浮上磁場計算

議論 光球面で「交換モード不安定」によ

る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

32Strous amp Zwaan (1999)

3 次元浮上磁場計算

議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

33

3 次元浮上磁場計算

議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

浮上するとフットポイントが移動する

34

Outer fields Inner fields

内容

1 イントロダクション2 これまでの研究について

1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

35

まとめ

深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

36

観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

今後の課題

複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

37

FinThank you for your attention

1 Introduction

39

2 Previous 2D Works

40

3 3D Calculation

41

4 Summary and Future Works

42

4 What to Study in HAO

43

What to Study in HAO

Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

Others Interaction between emerging flux and the convection

44

2-4 2D Parameter Study

45

Parameter Study

Varying

Field strength BX

Total flux Φ

to study the condition of the flux emergence

Total flux Φ

Field strength BX

46

Parameter Study

two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

47

Parameter Study

Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

48

Parameter Study BX-Φ too strong

49

Density field lines and velocity vectors

Parameter Study

Two-step emergencebullfield strength is too strong

50

Parameter Survey

Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

51

Parameter Survey

times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

52

Parameter Survey BX-Φ weak

53

Density field lines and velocity vectors

Parameter Survey

times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

54

Parameter Survey BX-Φ weak

55

Density field lines and velocity vectors

Parameter Study

Varying

Field strength BX

Initial twist q

to study the condition of the flux emergence

Initial twist q

Field strength BX

56

Parameter Study

Varying axial field strength BX

57

Parameter Study typical case

Varying axial field strength BX

58

59

Density Field Lines and Velocity Vectors

Parameter Study typical case

Parameter Study BX strong

Varying axial field strength BX

60

61

Density Field Lines and Velocity Vectors

Parameter Study BX strong

Parameter Study BX weak

Varying axial field strength BX

62

63

Density Field Lines and Velocity Vectors

Parameter Study BX weak

Parameter Study

Varying initial twist q

64

Parameter Study q weak

Varying initial twist q

65

66

Density Field Lines and Velocity Vectors

Parameter Study q weak

3-1 Setup and Results

67

Setup

Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

qH0=01 case rarr

68

rqrBrB x

2

tube

2

tube expR

rBrBx

3-2 Summary of 3D Work

69

Appendix

70

Active Regions and Emerging Flux

71

North Pole

Equator

Convection Zone

Radiative Zone

Core

Zwaan (1985)

Active Regions and Emerging Flux

Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

(Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

72

North Pole

Equator

Convection Zone

Radiative Zone

Core

2-1 2D calculations

73

Apex of the Emerging Loop

Height Zapex

Rise Velocity VZapex

Surfacerarr

74

-20000 kmrarr

Axial Calculation Results

Magneticflux

Accumulateddensity

Magneticflux

Accumulateddensity

Accumulateddensity

Magneticflux

Deceleration near the Surface

Accumulated density

75

0 t

2-2 Cross-sectional Calculation

76

2-3 Summary of 2D Works

77

2-2 Smaller-scale 3D Works

78

Results qH0=040 (rapid two-step)

79

Results qH0=015 (slow two-step)

80

Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

81

Results qH0=015 (slow two-step)

Logarithmic density

Summary of 3D Work

Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

82

Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

decelerates and

expands horizontally

Otsuji et al (2010)83

Observation

Results qH0=005 (failed)

84

Results

Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

85

q large

q small

Results

Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

86

Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

Results

Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

87

Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

Results

Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

q large obeys the initial

q2 law because the tube

keeps its coherency q small Emag increases

because it takes more time

to emerge to the corona

and Emag is stored in the

photospheric tongue 88

dVB

Ez

0

2

mag 8

Results

Cross-section when

the apex reaches zH0=40

89

Large-scale 3D calculation

Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

90

Large-scale 3D calculation

Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

91

Large-scale 3D calculation

Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

92

Observation

Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

decelerates and

expands horizontally

Otsuji et al (2010)93

イントロダクション

ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

(a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

94

数値モデル

初期磁束管 exp型分布

ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

磁束管の内部圧力を

  と表すこのとき force balance

 が保たれるよう

 とする

rqrBrB x

2

tube

2

tube expR

rBrBx

r

BBB

dr

d

dr

dp x

48

222

exc

222

tube2exc 1

28

1xBr

Rqp

rpzpzyp excsi

B

x

r

B

BX

2πr

95

議論とまとめ

結果の比較

物理量 軸方向計算 断面方向計算

初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

磁束管の半径 1000 km

初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

減速した深さ -10000 km -5000 km

96

断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

議論とまとめ

3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

軸磁場強度 Btube ~ 104 G

総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

倍 )

将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

97

1 G = 10-4 T = 105 nT

太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

太陽と磁場

Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

98

活動領域と浮上磁場

活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

太陽表面に出現することで活動領域を生じる

Zwaan (1985)

Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

99

磁気浮力と Parker 不安定性

磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

内圧 Pi 磁気圧 Pm

外圧 Pe

ggf ieb )(

100

活動領域と浮上磁場

AR 10926

101

磁束浮上シミュレーション

磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

102

対流層内部における近似計算

ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

た 細管近似

対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

Caligari et al (1995)

103

対流層内部における近似計算

非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

大きく上回る したがって音速を数値計算

中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

Fan (2001a)104

対流層内部における近似計算 (22)

しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

細管近似は深さ数万 km で破たんする

したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

105

浮上磁場シミュレーション

光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

的にコロナへ浮上

対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

Shibata et al (1989) 106

光球付近での減速機構

光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

Magara (2001)

107

本研究の目的 (12)

上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

しかし近似は対流層上部で破たんする

したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

108

本研究の目的 (22)

そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

典型波長 ~ 数 10 万 km

典型波長 ~ 数 1000 km109

本研究の目的

減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

典型波長 ~ 数 10 万 km

典型波長 ~ 数 1000 km110

数値モデル

初期条件

xH-400 0 400

zH

200

100

-200

-100

NX timesNZ

=1536times1920

BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

磁束の厚さD = 1000 km

磁束の深さ -20000 km

光球 (等温 ) = 対流安定

111

LX = 16 万 km

LZ = 8 万 km

数値モデル (22)

対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

磁場強度 B0 = 300 G 112

数値モデル (23)

初期条件 (z 方向分布 )

磁場BX

密度ρ

圧力 p

温度 T

対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

113

数値モデル (24)

境界条件

-400 0 400

200

100

-200

-100

周期境界 対称境界

減衰領域

x H0

z H0

114

数値モデル (14)

初期条件

x H0

-400 0 400

z H0

200

100

-200

-100

NZ=1920

NX=1536

BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

width D

z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

115

減速の物理 (34)

磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

116

減速の物理 (34)

磁束シート上のプラズマ

シート上にプラズマが蓄積する

磁束シートの浮上

磁束シートが平らになる

減速

117

光球付近における減速

磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

磁場

密度差

磁場

密度差密度差

磁場

118

5 パラメータ研究

119

パラメータ研究 (111)

磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

総磁束量 Φ

を変えた計算を行った

総磁束量 Φ

磁場強度 BX

120

パラメータ研究 (211)

2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

121

パラメータ研究 (311)

減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

122

パラメータ研究 (511)

2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

123

パラメータ研究 (611)

2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

124

パラメータ研究 (711)

times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

125

パラメータ研究 (811)

密度磁力線速度場126

パラメータ研究 (911)

対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

EmagEkin lt 1

127

パラメータ研究 (1011)

times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

軸方向計算のまとめ

深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

129

断面方向計算のまとめ

深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

130

Resistive Emergence Model

Pariat et al (2004) Model established through

observations Isobe et al (2007)

2D simulations Archontis amp Hood (2008)

3D simulations131

Preceding Studies(13)

Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

132

Preceding Studies(23)

Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

133

Preceding Studies(33)

Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

Pressure gradient Magnetic buoyancy force

zzz pF BJg

134

Parameter Survey and Discussion (99)

135

Parameter Survey and Discussion (89)

Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

magnetic flux 104 G 1017 Mx

 rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

 rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

 rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

Moreno-Insertis et al (1995)

136

3-1 Introduction of Miyagoshi et al

137

Introduction of Miyagoshi et al

Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

138

Introduction of Miyagoshi et al

Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

139

Introduction of Miyagoshi et al

Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

emerged

q large direct emergence without a tongue

q small two-step emergence with a tongue

140

Introduction of Miyagoshi et al

Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

141

Introduction of Miyagoshi et al

Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

142

Miyagoshi et al Murray et al (2006)

Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

Radius Rtube 5 25

Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

Initial depth ztube -10 -10

Convection zone Unstable Neutrally stable

Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

Result Every q emerged q=01 failed

Introduction of Miyagoshi et al

Miyagoshi et al Initial condition

plasma β = P Pmag lt 1

at the tube top Strong tubehellip

143

Introduction of Miyagoshi et al

Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

on the initial twist q

q large direct emergence

  Emag increases with q q small two-step emergence

  Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

144

dVB

E corona

2

mag 8

Setup and Results

Conditions

q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

145

Our case Murray et al (2006)

Flux tube Gaussian type Gaussian type

Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

Radius Rtube 25 25

Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

Initial depth ztube -10 -10

Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

Result qlt01 failed q=01 failed

セットアップと計算結果

結果 (x=0)

146

セットアップと計算結果

結果 (y=0)

147

  • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
  • 内容
  • 内容 (2)
  • 太陽活動と磁場
  • 活動領域と浮上磁場
  • 活動領域と浮上磁場 (2)
  • 活動領域と浮上磁場 (3)
  • 活動領域と浮上磁場 (4)
  • 先行研究の概観
  • 浮上磁場研究の問題点課題
  • 本研究の目的
  • 内容 (3)
  • 2次元計算2つのモード
  • 内容 (4)
  • 2次元軸方向計算
  • Slide 16
  • 光球付近における減速
  • パラメータ研究
  • 内容 (5)
  • 25次元断面方向計算
  • Slide 21
  • パラメータ研究 (2)
  • 2次元計算のまとめ
  • 内容 (6)
  • 3次元浮上磁場計算
  • 3次元浮上磁場計算 (2)
  • 3次元浮上磁場計算 (3)
  • 3次元浮上磁場計算 (4)
  • 3次元浮上磁場計算 (5)
  • 3次元浮上磁場計算 (6)
  • 3次元浮上磁場計算 (7)
  • 3次元浮上磁場計算 (8)
  • 3次元浮上磁場計算 (9)
  • 3次元浮上磁場計算 (10)
  • 内容 (7)
  • まとめ
  • 今後の課題
  • Fin
  • 1 Introduction
  • 2 Previous 2D Works
  • 3 3D Calculation
  • 4 Summary and Future Works
  • 4 What to Study in HAO
  • What to Study in HAO
  • 2-4 2D Parameter Study
  • Parameter Study
  • Parameter Study (2)
  • Parameter Study (3)
  • Parameter Study BX-Φ too strong
  • Parameter Study (4)
  • Parameter Survey
  • Parameter Survey (2)
  • Parameter Survey BX-Φ weak
  • Parameter Survey (3)
  • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
  • Parameter Study (5)
  • Parameter Study (6)
  • Parameter Study typical case
  • Slide 59
  • Parameter Study BX strong
  • Slide 61
  • Parameter Study BX weak
  • Slide 63
  • Parameter Study (7)
  • Parameter Study q weak
  • Slide 66
  • 3-1 Setup and Results
  • Setup
  • 3-2 Summary of 3D Work
  • Appendix
  • Active Regions and Emerging Flux
  • Active Regions and Emerging Flux (2)
  • 2-1 2D calculations
  • Slide 74
  • Deceleration near the Surface
  • 2-2 Cross-sectional Calculation
  • 2-3 Summary of 2D Works
  • 2-2 Smaller-scale 3D Works
  • Results qH0=040 (rapid two-step)
  • Results qH0=015 (slow two-step)
  • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
  • Summary of 3D Work
  • Observation
  • Results qH0=005 (failed)
  • Results
  • Results (2)
  • Results (3)
  • Results (4)
  • Results (5)
  • Large-scale 3D calculation
  • Large-scale 3D calculation (2)
  • Large-scale 3D calculation (3)
  • Observation (2)
  • イントロダクション
  • 数値モデル
  • 議論とまとめ
  • 議論とまとめ (2)
  • 太陽と磁場
  • 活動領域と浮上磁場 (5)
  • 磁気浮力とParker不安定性
  • 活動領域と浮上磁場 (6)
  • 磁束浮上シミュレーション
  • 対流層内部における近似計算
  • 対流層内部における近似計算 (2)
  • 対流層内部における近似計算 (22)
  • 浮上磁場シミュレーション
  • 光球付近での減速機構
  • 本研究の目的 (12)
  • 本研究の目的 (22)
  • 本研究の目的 (4)
  • 数値モデル (2)
  • 数値モデル (22)
  • 数値モデル (23)
  • 数値モデル (24)
  • 数値モデル (14)
  • 減速の物理 (34)
  • 減速の物理 (34) (2)
  • 光球付近における減速 (2)
  • 5 パラメータ研究
  • パラメータ研究 (111)
  • パラメータ研究 (211)
  • パラメータ研究 (311)
  • パラメータ研究 (511)
  • パラメータ研究 (611)
  • パラメータ研究 (711)
  • パラメータ研究 (811)
  • パラメータ研究 (911)
  • パラメータ研究 (1011)
  • 軸方向計算のまとめ
  • 断面方向計算のまとめ
  • Resistive Emergence Model
  • Preceding Studies(13)
  • Preceding Studies(23)
  • Preceding Studies(33)
  • Parameter Survey and Discussion (99)
  • Parameter Survey and Discussion (89)
  • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
  • Introduction of Miyagoshi et al
  • Introduction of Miyagoshi et al (2)
  • Introduction of Miyagoshi et al (3)
  • Introduction of Miyagoshi et al (4)
  • Introduction of Miyagoshi et al (5)
  • Introduction of Miyagoshi et al (6)
  • Introduction of Miyagoshi et al (7)
  • Setup and Results
  • セットアップと計算結果
  • セットアップと計算結果 (2)

    内容

    1 イントロダクション2 これまでの研究について

    1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

    3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

    2

    内容

    1 イントロダクション2 これまでの研究について

    1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

    3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

    3

    軟 X 線画像 ( ようこう SXT) 光球磁場 (SOHOMDI)

    太陽活動と磁場

    4

    太陽活動と磁場は密接に関連している 活動領域はグローバルな磁束管が浮上して形成される (Parker 1955) 活動領域はフレア CME を起こすなど宇宙空間に影響を与える

    Fan (2004)

    磁気浮力不安定性 磁束管内部は周囲に比べて軽いため浮力が生じる 磁束管内部のプラズマが磁力線に沿って落下 内部の密度が減少しますます浮上

    活動領域と浮上磁場

    5

    太陽内部の磁束管はねじれていると考えられている 巻き成分が内向きの磁気張力をもつ 磁気張力によって磁束管の崩壊を防ぐ

    活動領域と浮上磁場

    6

    軸方向成分 BX+=

    巻き成分 BΦ

    +=

    ねじれた磁束管 B

    活動領域と浮上磁場

    浮上磁場 太陽ダイナモの一部 磁気浮力によって対流層底部から

    浮上し表面に活動領域を作る

    7

    北極

    赤道面

    対流層

    放射層

    中心核

    Zwaan (1985)

    観測例 Strous amp Zwaan (1999)

    活動領域と浮上磁場

    8光球磁場 Hα 画像(彩層)

    垂直シートモデル各浮上イベントは垂直な平面内で生じる磁気要素の分裂とシア運動

    先行研究の概観

    9

    Moreno-Insertis (1996)

    先行研究 浮上磁場の理論研究は

    「対流層内部」と「外層大気」に二分されてきた

    大きなスケール差のため 今後は浮上磁場を一貫し

    て扱った研究が必要200000 km

    Fan (2001)

    問題点課題 太陽のグローバルな磁束の輸送過程とその結果としての活動

    領域形成の物理を知りたい しかし光学観測では太陽内部を見られない また理論研究は太陽内部上空大気に二分されていた 対流層から太陽表面を通じ上空に至る一貫した磁束輸送過程

    の理解がなされていない 特に表面付近における浮上磁場のダイナミクスや活動領域形

    成の様子が未解明

    浮上磁場研究の問題点課題

    10

    本研究の目的 太陽対流層の深さ 2 万 km からの磁束浮上 MHD 数値計算理論

    モデルの構築 対流層太陽表面上空大気を一貫して扱う(初めての試み) 深さ 2 万 km における磁束の存在条件を求める 対流層の厚さ 20 万 km に対して上部 10

    太陽内部の数値計算では深さ 2 万 km 程度までしか扱えない 従来の光球~上空の計算では深さ 2000 km 程度(従来の 10

    倍深い)

    本研究の目的

    11

    200000 km

    -20000 km

    内容

    1 イントロダクション2 これまでの研究について

    1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

    3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

    12

    2 次元計算 2 つのモード

    2 次元計算には 2 通りのモードが考えられる 軸方向計算  rarr 純粋な 2 次元計算 断面方向計算 rarr 奥行き成分をもつ「 25 次元計算」

    13

    x

    x

    y

    y

    z

    z

    z

    内容

    1 イントロダクション2 これまでの研究について

    1 2次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

    3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

    14

    2 次元軸方向計算

    セットアップ

    xH0

    zH0

    NX timesNZ

    =1536times1920

    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(底面積 Dtimes10D の直方体を仮定)

    磁束の厚さD = 1000 km

    磁束管の初期深度 -20000 km

    光球は等温成層= 対流安定

    15

    LX = 160000 km

    LZ = 80000 km

    -400 +400

    +200

    -200

    密度磁力線速度場16

    2 次元軸方向計算

    光球付近における減速

    磁束上の流体 磁束が浮上すると流体が磁束上に蓄積する 光球は対流安定なので流体は光球を突破できない蓄積した磁束上の流体が磁束の浮上を抑制する

    17

    パラメータ研究

    現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

    磁場強度 B = 104 G 総磁束量 Φ = 1021-1022 Mx

    18

    内容

    1 イントロダクション2 これまでの研究について

    1 2 次元軸方向計算2 25次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

    3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

    19

    25 次元断面方向計算

    セットアップ

    BX = 15times104 G Φ = 47times1020 Mx

    20

    LY = 160000 km

    LZ = 80000 km

    磁束管半径D = 1000 km

    磁束管初期深度 -20000 km

    yH0

    zH0

    NX timesNZ

    =1536times1920 -400 +400

    +200

    -200

    光球は等温成層= 対流安定

    21

    25 次元断面方向計算

    密度磁力線速度場

    パラメータ研究

    現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

    磁場強度 B = 15times104 G ねじれ強度 gt 50times10-4 km -1

    22

    +=

    2 次元計算のまとめ

    深さ 2 万 km からの磁束浮上計算 光球付近で減速し水平に広がった構造を形成する B = 104 G Φ = 1021-1022 Mx ねじれ gt 50times10-4 km-1

    減速の物理 磁束上の流体は光球面を突破しづらいため下方の磁束を抑制する

    軸方向計算と断面方向計算断面方向の浮上が速い 断面計算では磁束上の流体が流れ落ちるため

    3 次元計算の困難さ グリッド数が膨大になる( N = 106 rarr 109 )

    23

    内容

    1 イントロダクション2 これまでの研究について

    1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

    3 3次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

    24

    3 次元浮上磁場計算

    セットアップ 2 次元計算と同じ初期条件

    25-400 xH0 +400

    zH0

    +250

    -200 yH0-200

    +200

    LX = 160000 km

    LZ = 90000 km

    NX timesNYtimesNZ

    =512times256times1024=108 (非一様グリッド)

    LY = 80000 km

    3 次元浮上磁場計算

    磁場強度 log(BB0)

    26

    bullxlt0 ygt0 のみ表示bull表面付近で水平に広がった構造をとるbull上空に複数の磁気ドームを形成する

    3 次元浮上磁場計算

    磁束高度浮上速度の時間発展

    27

    3 次元浮上磁場計算

    光球面磁場 BZB0

    28

    Fan (2001)

    3 次元浮上磁場計算

    光球面磁場 BZB0 と磁力線

    29

    bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

    3 次元浮上磁場計算

    結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

    30

    3 次元浮上磁場計算

    議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

    された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

    される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

    ているようではない

    31

    Zwaan (1985)

    3 次元浮上磁場計算

    議論 光球面で「交換モード不安定」によ

    る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

    32Strous amp Zwaan (1999)

    3 次元浮上磁場計算

    議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

    が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

    33

    3 次元浮上磁場計算

    議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

    浮上するとフットポイントが移動する

    34

    Outer fields Inner fields

    内容

    1 イントロダクション2 これまでの研究について

    1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

    3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

    35

    まとめ

    深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

    磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

    36

    観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

    光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

    今後の課題

    複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

    黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

    パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

    輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

    37

    FinThank you for your attention

    1 Introduction

    39

    2 Previous 2D Works

    40

    3 3D Calculation

    41

    4 Summary and Future Works

    42

    4 What to Study in HAO

    43

    What to Study in HAO

    Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

    Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

    Others Interaction between emerging flux and the convection

    44

    2-4 2D Parameter Study

    45

    Parameter Study

    Varying

    Field strength BX

    Total flux Φ

    to study the condition of the flux emergence

    Total flux Φ

    Field strength BX

    46

    Parameter Study

    two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

    dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

    47

    Parameter Study

    Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

    48

    Parameter Study BX-Φ too strong

    49

    Density field lines and velocity vectors

    Parameter Study

    Two-step emergencebullfield strength is too strong

    50

    Parameter Survey

    Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

    51

    Parameter Survey

    times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

    52

    Parameter Survey BX-Φ weak

    53

    Density field lines and velocity vectors

    Parameter Survey

    times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

    54

    Parameter Survey BX-Φ weak

    55

    Density field lines and velocity vectors

    Parameter Study

    Varying

    Field strength BX

    Initial twist q

    to study the condition of the flux emergence

    Initial twist q

    Field strength BX

    56

    Parameter Study

    Varying axial field strength BX

    57

    Parameter Study typical case

    Varying axial field strength BX

    58

    59

    Density Field Lines and Velocity Vectors

    Parameter Study typical case

    Parameter Study BX strong

    Varying axial field strength BX

    60

    61

    Density Field Lines and Velocity Vectors

    Parameter Study BX strong

    Parameter Study BX weak

    Varying axial field strength BX

    62

    63

    Density Field Lines and Velocity Vectors

    Parameter Study BX weak

    Parameter Study

    Varying initial twist q

    64

    Parameter Study q weak

    Varying initial twist q

    65

    66

    Density Field Lines and Velocity Vectors

    Parameter Study q weak

    3-1 Setup and Results

    67

    Setup

    Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

    qH0=01 case rarr

    68

    rqrBrB x

    2

    tube

    2

    tube expR

    rBrBx

    3-2 Summary of 3D Work

    69

    Appendix

    70

    Active Regions and Emerging Flux

    71

    North Pole

    Equator

    Convection Zone

    Radiative Zone

    Core

    Zwaan (1985)

    Active Regions and Emerging Flux

    Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

    (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

    72

    North Pole

    Equator

    Convection Zone

    Radiative Zone

    Core

    2-1 2D calculations

    73

    Apex of the Emerging Loop

    Height Zapex

    Rise Velocity VZapex

    Surfacerarr

    74

    -20000 kmrarr

    Axial Calculation Results

    Magneticflux

    Accumulateddensity

    Magneticflux

    Accumulateddensity

    Accumulateddensity

    Magneticflux

    Deceleration near the Surface

    Accumulated density

    75

    0 t

    2-2 Cross-sectional Calculation

    76

    2-3 Summary of 2D Works

    77

    2-2 Smaller-scale 3D Works

    78

    Results qH0=040 (rapid two-step)

    79

    Results qH0=015 (slow two-step)

    80

    Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

    81

    Results qH0=015 (slow two-step)

    Logarithmic density

    Summary of 3D Work

    Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

    Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

    82

    Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

    decelerates and

    expands horizontally

    Otsuji et al (2010)83

    Observation

    Results qH0=005 (failed)

    84

    Results

    Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

    85

    q large

    q small

    Results

    Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

    86

    Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

    Results

    Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

    87

    Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

    Results

    Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

    q large obeys the initial

    q2 law because the tube

    keeps its coherency q small Emag increases

    because it takes more time

    to emerge to the corona

    and Emag is stored in the

    photospheric tongue 88

    dVB

    Ez

    0

    2

    mag 8

    Results

    Cross-section when

    the apex reaches zH0=40

    89

    Large-scale 3D calculation

    Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

    90

    Large-scale 3D calculation

    Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

    91

    Large-scale 3D calculation

    Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

    92

    Observation

    Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

    decelerates and

    expands horizontally

    Otsuji et al (2010)93

    イントロダクション

    ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

    考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

    (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

    94

    数値モデル

    初期磁束管 exp型分布

    ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

    磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

    磁束管の内部圧力を

      と表すこのとき force balance

     が保たれるよう

     とする

    rqrBrB x

    2

    tube

    2

    tube expR

    rBrBx

    r

    BBB

    dr

    d

    dr

    dp x

    48

    222

    exc

    222

    tube2exc 1

    28

    1xBr

    Rqp

    rpzpzyp excsi

    B

    x

    r

    B

    BX

    2πr

    95

    議論とまとめ

    結果の比較

    物理量 軸方向計算 断面方向計算

    初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

    総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

    初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

    磁束管の半径 1000 km

    初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

    1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

    減速した深さ -10000 km -5000 km

    96

    断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

    議論とまとめ

    3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

    軸磁場強度 Btube ~ 104 G

    総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

    考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

    倍 )

    将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

    97

    1 G = 10-4 T = 105 nT

    太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

    太陽と磁場

    Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

    98

    活動領域と浮上磁場

    活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

    磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

    太陽表面に出現することで活動領域を生じる

    Zwaan (1985)

    Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

    99

    磁気浮力と Parker 不安定性

    磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

    る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

    Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

    内圧 Pi 磁気圧 Pm

    外圧 Pe

    ggf ieb )(

    100

    活動領域と浮上磁場

    AR 10926

    101

    磁束浮上シミュレーション

    磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

    102

    対流層内部における近似計算

    ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

    た 細管近似

    対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

    物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

    Caligari et al (1995)

    103

    対流層内部における近似計算

    非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

    大きく上回る したがって音速を数値計算

    中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

    Fan (2001a)104

    対流層内部における近似計算 (22)

    しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

    細管近似は深さ数万 km で破たんする

    したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

    105

    浮上磁場シミュレーション

    光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

    的にコロナへ浮上

    対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

    Shibata et al (1989) 106

    光球付近での減速機構

    光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

    Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

    Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

    Magara (2001)

    107

    本研究の目的 (12)

    上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

    しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

    対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

    しかし近似は対流層上部で破たんする

    したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

    108

    本研究の目的 (22)

    そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

    対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

    典型波長 ~ 数 10 万 km

    典型波長 ~ 数 1000 km109

    本研究の目的

    減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

    2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

    典型波長 ~ 数 10 万 km

    典型波長 ~ 数 1000 km110

    数値モデル

    初期条件

    xH-400 0 400

    zH

    200

    100

    -200

    -100

    NX timesNZ

    =1536times1920

    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

    磁束の厚さD = 1000 km

    磁束の深さ -20000 km

    光球 (等温 ) = 対流安定

    111

    LX = 16 万 km

    LZ = 8 万 km

    数値モデル (22)

    対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

    無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

    速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

    時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

    密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

    圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

    温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

    磁場強度 B0 = 300 G 112

    数値モデル (23)

    初期条件 (z 方向分布 )

    磁場BX

    密度ρ

    圧力 p

    温度 T

    対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

    113

    数値モデル (24)

    境界条件

    -400 0 400

    200

    100

    -200

    -100

    周期境界 対称境界

    減衰領域

    x H0

    z H0

    114

    数値モデル (14)

    初期条件

    x H0

    -400 0 400

    z H0

    200

    100

    -200

    -100

    NZ=1920

    NX=1536

    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

    width D

    z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

    115

    減速の物理 (34)

    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

    116

    減速の物理 (34)

    磁束シート上のプラズマ

    シート上にプラズマが蓄積する

    磁束シートの浮上

    磁束シートが平らになる

    減速

    117

    光球付近における減速

    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

    磁場

    密度差

    磁場

    密度差密度差

    磁場

    118

    5 パラメータ研究

    119

    パラメータ研究 (111)

    磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

    総磁束量 Φ

    を変えた計算を行った

    総磁束量 Φ

    磁場強度 BX

    120

    パラメータ研究 (211)

    2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

    点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

    121

    パラメータ研究 (311)

    減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

    122

    パラメータ研究 (511)

    2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

    123

    パラメータ研究 (611)

    2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

    124

    パラメータ研究 (711)

    times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

    125

    パラメータ研究 (811)

    密度磁力線速度場126

    パラメータ研究 (911)

    対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

    EmagEkin lt 1

    127

    パラメータ研究 (1011)

    times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

    軸方向計算のまとめ

    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

    減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

    129

    断面方向計算のまとめ

    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

    減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

    130

    Resistive Emergence Model

    Pariat et al (2004) Model established through

    observations Isobe et al (2007)

    2D simulations Archontis amp Hood (2008)

    3D simulations131

    Preceding Studies(13)

    Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

    force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

    that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

    132

    Preceding Studies(23)

    Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

    persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

    133

    Preceding Studies(33)

    Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

    gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

    Pressure gradient Magnetic buoyancy force

    zzz pF BJg

    134

    Parameter Survey and Discussion (99)

    135

    Parameter Survey and Discussion (89)

    Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

    magnetic flux 104 G 1017 Mx

     rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

     rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

     rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

    Moreno-Insertis et al (1995)

    136

    3-1 Introduction of Miyagoshi et al

    137

    Introduction of Miyagoshi et al

    Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

    138

    Introduction of Miyagoshi et al

    Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

    twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

    139

    Introduction of Miyagoshi et al

    Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

    emerged

    q large direct emergence without a tongue

    q small two-step emergence with a tongue

    140

    Introduction of Miyagoshi et al

    Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

    141

    Introduction of Miyagoshi et al

    Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

    Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

    142

    Miyagoshi et al Murray et al (2006)

    Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

    Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

    Radius Rtube 5 25

    Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

    Initial depth ztube -10 -10

    Convection zone Unstable Neutrally stable

    Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

    Result Every q emerged q=01 failed

    Introduction of Miyagoshi et al

    Miyagoshi et al Initial condition

    plasma β = P Pmag lt 1

    at the tube top Strong tubehellip

    143

    Introduction of Miyagoshi et al

    Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

    on the initial twist q

    q large direct emergence

      Emag increases with q q small two-step emergence

      Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

    144

    dVB

    E corona

    2

    mag 8

    Setup and Results

    Conditions

    q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

    145

    Our case Murray et al (2006)

    Flux tube Gaussian type Gaussian type

    Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

    Radius Rtube 25 25

    Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

    Initial depth ztube -10 -10

    Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

    Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

    Result qlt01 failed q=01 failed

    セットアップと計算結果

    結果 (x=0)

    146

    セットアップと計算結果

    結果 (y=0)

    147

    • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
    • 内容
    • 内容 (2)
    • 太陽活動と磁場
    • 活動領域と浮上磁場
    • 活動領域と浮上磁場 (2)
    • 活動領域と浮上磁場 (3)
    • 活動領域と浮上磁場 (4)
    • 先行研究の概観
    • 浮上磁場研究の問題点課題
    • 本研究の目的
    • 内容 (3)
    • 2次元計算2つのモード
    • 内容 (4)
    • 2次元軸方向計算
    • Slide 16
    • 光球付近における減速
    • パラメータ研究
    • 内容 (5)
    • 25次元断面方向計算
    • Slide 21
    • パラメータ研究 (2)
    • 2次元計算のまとめ
    • 内容 (6)
    • 3次元浮上磁場計算
    • 3次元浮上磁場計算 (2)
    • 3次元浮上磁場計算 (3)
    • 3次元浮上磁場計算 (4)
    • 3次元浮上磁場計算 (5)
    • 3次元浮上磁場計算 (6)
    • 3次元浮上磁場計算 (7)
    • 3次元浮上磁場計算 (8)
    • 3次元浮上磁場計算 (9)
    • 3次元浮上磁場計算 (10)
    • 内容 (7)
    • まとめ
    • 今後の課題
    • Fin
    • 1 Introduction
    • 2 Previous 2D Works
    • 3 3D Calculation
    • 4 Summary and Future Works
    • 4 What to Study in HAO
    • What to Study in HAO
    • 2-4 2D Parameter Study
    • Parameter Study
    • Parameter Study (2)
    • Parameter Study (3)
    • Parameter Study BX-Φ too strong
    • Parameter Study (4)
    • Parameter Survey
    • Parameter Survey (2)
    • Parameter Survey BX-Φ weak
    • Parameter Survey (3)
    • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
    • Parameter Study (5)
    • Parameter Study (6)
    • Parameter Study typical case
    • Slide 59
    • Parameter Study BX strong
    • Slide 61
    • Parameter Study BX weak
    • Slide 63
    • Parameter Study (7)
    • Parameter Study q weak
    • Slide 66
    • 3-1 Setup and Results
    • Setup
    • 3-2 Summary of 3D Work
    • Appendix
    • Active Regions and Emerging Flux
    • Active Regions and Emerging Flux (2)
    • 2-1 2D calculations
    • Slide 74
    • Deceleration near the Surface
    • 2-2 Cross-sectional Calculation
    • 2-3 Summary of 2D Works
    • 2-2 Smaller-scale 3D Works
    • Results qH0=040 (rapid two-step)
    • Results qH0=015 (slow two-step)
    • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
    • Summary of 3D Work
    • Observation
    • Results qH0=005 (failed)
    • Results
    • Results (2)
    • Results (3)
    • Results (4)
    • Results (5)
    • Large-scale 3D calculation
    • Large-scale 3D calculation (2)
    • Large-scale 3D calculation (3)
    • Observation (2)
    • イントロダクション
    • 数値モデル
    • 議論とまとめ
    • 議論とまとめ (2)
    • 太陽と磁場
    • 活動領域と浮上磁場 (5)
    • 磁気浮力とParker不安定性
    • 活動領域と浮上磁場 (6)
    • 磁束浮上シミュレーション
    • 対流層内部における近似計算
    • 対流層内部における近似計算 (2)
    • 対流層内部における近似計算 (22)
    • 浮上磁場シミュレーション
    • 光球付近での減速機構
    • 本研究の目的 (12)
    • 本研究の目的 (22)
    • 本研究の目的 (4)
    • 数値モデル (2)
    • 数値モデル (22)
    • 数値モデル (23)
    • 数値モデル (24)
    • 数値モデル (14)
    • 減速の物理 (34)
    • 減速の物理 (34) (2)
    • 光球付近における減速 (2)
    • 5 パラメータ研究
    • パラメータ研究 (111)
    • パラメータ研究 (211)
    • パラメータ研究 (311)
    • パラメータ研究 (511)
    • パラメータ研究 (611)
    • パラメータ研究 (711)
    • パラメータ研究 (811)
    • パラメータ研究 (911)
    • パラメータ研究 (1011)
    • 軸方向計算のまとめ
    • 断面方向計算のまとめ
    • Resistive Emergence Model
    • Preceding Studies(13)
    • Preceding Studies(23)
    • Preceding Studies(33)
    • Parameter Survey and Discussion (99)
    • Parameter Survey and Discussion (89)
    • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
    • Introduction of Miyagoshi et al
    • Introduction of Miyagoshi et al (2)
    • Introduction of Miyagoshi et al (3)
    • Introduction of Miyagoshi et al (4)
    • Introduction of Miyagoshi et al (5)
    • Introduction of Miyagoshi et al (6)
    • Introduction of Miyagoshi et al (7)
    • Setup and Results
    • セットアップと計算結果
    • セットアップと計算結果 (2)

      内容

      1 イントロダクション2 これまでの研究について

      1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

      3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

      3

      軟 X 線画像 ( ようこう SXT) 光球磁場 (SOHOMDI)

      太陽活動と磁場

      4

      太陽活動と磁場は密接に関連している 活動領域はグローバルな磁束管が浮上して形成される (Parker 1955) 活動領域はフレア CME を起こすなど宇宙空間に影響を与える

      Fan (2004)

      磁気浮力不安定性 磁束管内部は周囲に比べて軽いため浮力が生じる 磁束管内部のプラズマが磁力線に沿って落下 内部の密度が減少しますます浮上

      活動領域と浮上磁場

      5

      太陽内部の磁束管はねじれていると考えられている 巻き成分が内向きの磁気張力をもつ 磁気張力によって磁束管の崩壊を防ぐ

      活動領域と浮上磁場

      6

      軸方向成分 BX+=

      巻き成分 BΦ

      +=

      ねじれた磁束管 B

      活動領域と浮上磁場

      浮上磁場 太陽ダイナモの一部 磁気浮力によって対流層底部から

      浮上し表面に活動領域を作る

      7

      北極

      赤道面

      対流層

      放射層

      中心核

      Zwaan (1985)

      観測例 Strous amp Zwaan (1999)

      活動領域と浮上磁場

      8光球磁場 Hα 画像(彩層)

      垂直シートモデル各浮上イベントは垂直な平面内で生じる磁気要素の分裂とシア運動

      先行研究の概観

      9

      Moreno-Insertis (1996)

      先行研究 浮上磁場の理論研究は

      「対流層内部」と「外層大気」に二分されてきた

      大きなスケール差のため 今後は浮上磁場を一貫し

      て扱った研究が必要200000 km

      Fan (2001)

      問題点課題 太陽のグローバルな磁束の輸送過程とその結果としての活動

      領域形成の物理を知りたい しかし光学観測では太陽内部を見られない また理論研究は太陽内部上空大気に二分されていた 対流層から太陽表面を通じ上空に至る一貫した磁束輸送過程

      の理解がなされていない 特に表面付近における浮上磁場のダイナミクスや活動領域形

      成の様子が未解明

      浮上磁場研究の問題点課題

      10

      本研究の目的 太陽対流層の深さ 2 万 km からの磁束浮上 MHD 数値計算理論

      モデルの構築 対流層太陽表面上空大気を一貫して扱う(初めての試み) 深さ 2 万 km における磁束の存在条件を求める 対流層の厚さ 20 万 km に対して上部 10

      太陽内部の数値計算では深さ 2 万 km 程度までしか扱えない 従来の光球~上空の計算では深さ 2000 km 程度(従来の 10

      倍深い)

      本研究の目的

      11

      200000 km

      -20000 km

      内容

      1 イントロダクション2 これまでの研究について

      1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

      3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

      12

      2 次元計算 2 つのモード

      2 次元計算には 2 通りのモードが考えられる 軸方向計算  rarr 純粋な 2 次元計算 断面方向計算 rarr 奥行き成分をもつ「 25 次元計算」

      13

      x

      x

      y

      y

      z

      z

      z

      内容

      1 イントロダクション2 これまでの研究について

      1 2次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

      3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

      14

      2 次元軸方向計算

      セットアップ

      xH0

      zH0

      NX timesNZ

      =1536times1920

      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(底面積 Dtimes10D の直方体を仮定)

      磁束の厚さD = 1000 km

      磁束管の初期深度 -20000 km

      光球は等温成層= 対流安定

      15

      LX = 160000 km

      LZ = 80000 km

      -400 +400

      +200

      -200

      密度磁力線速度場16

      2 次元軸方向計算

      光球付近における減速

      磁束上の流体 磁束が浮上すると流体が磁束上に蓄積する 光球は対流安定なので流体は光球を突破できない蓄積した磁束上の流体が磁束の浮上を抑制する

      17

      パラメータ研究

      現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

      磁場強度 B = 104 G 総磁束量 Φ = 1021-1022 Mx

      18

      内容

      1 イントロダクション2 これまでの研究について

      1 2 次元軸方向計算2 25次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

      3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

      19

      25 次元断面方向計算

      セットアップ

      BX = 15times104 G Φ = 47times1020 Mx

      20

      LY = 160000 km

      LZ = 80000 km

      磁束管半径D = 1000 km

      磁束管初期深度 -20000 km

      yH0

      zH0

      NX timesNZ

      =1536times1920 -400 +400

      +200

      -200

      光球は等温成層= 対流安定

      21

      25 次元断面方向計算

      密度磁力線速度場

      パラメータ研究

      現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

      磁場強度 B = 15times104 G ねじれ強度 gt 50times10-4 km -1

      22

      +=

      2 次元計算のまとめ

      深さ 2 万 km からの磁束浮上計算 光球付近で減速し水平に広がった構造を形成する B = 104 G Φ = 1021-1022 Mx ねじれ gt 50times10-4 km-1

      減速の物理 磁束上の流体は光球面を突破しづらいため下方の磁束を抑制する

      軸方向計算と断面方向計算断面方向の浮上が速い 断面計算では磁束上の流体が流れ落ちるため

      3 次元計算の困難さ グリッド数が膨大になる( N = 106 rarr 109 )

      23

      内容

      1 イントロダクション2 これまでの研究について

      1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

      3 3次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

      24

      3 次元浮上磁場計算

      セットアップ 2 次元計算と同じ初期条件

      25-400 xH0 +400

      zH0

      +250

      -200 yH0-200

      +200

      LX = 160000 km

      LZ = 90000 km

      NX timesNYtimesNZ

      =512times256times1024=108 (非一様グリッド)

      LY = 80000 km

      3 次元浮上磁場計算

      磁場強度 log(BB0)

      26

      bullxlt0 ygt0 のみ表示bull表面付近で水平に広がった構造をとるbull上空に複数の磁気ドームを形成する

      3 次元浮上磁場計算

      磁束高度浮上速度の時間発展

      27

      3 次元浮上磁場計算

      光球面磁場 BZB0

      28

      Fan (2001)

      3 次元浮上磁場計算

      光球面磁場 BZB0 と磁力線

      29

      bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

      3 次元浮上磁場計算

      結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

      30

      3 次元浮上磁場計算

      議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

      された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

      される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

      ているようではない

      31

      Zwaan (1985)

      3 次元浮上磁場計算

      議論 光球面で「交換モード不安定」によ

      る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

      32Strous amp Zwaan (1999)

      3 次元浮上磁場計算

      議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

      が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

      33

      3 次元浮上磁場計算

      議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

      浮上するとフットポイントが移動する

      34

      Outer fields Inner fields

      内容

      1 イントロダクション2 これまでの研究について

      1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

      3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

      35

      まとめ

      深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

      磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

      36

      観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

      光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

      今後の課題

      複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

      黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

      パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

      輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

      37

      FinThank you for your attention

      1 Introduction

      39

      2 Previous 2D Works

      40

      3 3D Calculation

      41

      4 Summary and Future Works

      42

      4 What to Study in HAO

      43

      What to Study in HAO

      Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

      Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

      Others Interaction between emerging flux and the convection

      44

      2-4 2D Parameter Study

      45

      Parameter Study

      Varying

      Field strength BX

      Total flux Φ

      to study the condition of the flux emergence

      Total flux Φ

      Field strength BX

      46

      Parameter Study

      two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

      dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

      47

      Parameter Study

      Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

      48

      Parameter Study BX-Φ too strong

      49

      Density field lines and velocity vectors

      Parameter Study

      Two-step emergencebullfield strength is too strong

      50

      Parameter Survey

      Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

      51

      Parameter Survey

      times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

      52

      Parameter Survey BX-Φ weak

      53

      Density field lines and velocity vectors

      Parameter Survey

      times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

      54

      Parameter Survey BX-Φ weak

      55

      Density field lines and velocity vectors

      Parameter Study

      Varying

      Field strength BX

      Initial twist q

      to study the condition of the flux emergence

      Initial twist q

      Field strength BX

      56

      Parameter Study

      Varying axial field strength BX

      57

      Parameter Study typical case

      Varying axial field strength BX

      58

      59

      Density Field Lines and Velocity Vectors

      Parameter Study typical case

      Parameter Study BX strong

      Varying axial field strength BX

      60

      61

      Density Field Lines and Velocity Vectors

      Parameter Study BX strong

      Parameter Study BX weak

      Varying axial field strength BX

      62

      63

      Density Field Lines and Velocity Vectors

      Parameter Study BX weak

      Parameter Study

      Varying initial twist q

      64

      Parameter Study q weak

      Varying initial twist q

      65

      66

      Density Field Lines and Velocity Vectors

      Parameter Study q weak

      3-1 Setup and Results

      67

      Setup

      Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

      qH0=01 case rarr

      68

      rqrBrB x

      2

      tube

      2

      tube expR

      rBrBx

      3-2 Summary of 3D Work

      69

      Appendix

      70

      Active Regions and Emerging Flux

      71

      North Pole

      Equator

      Convection Zone

      Radiative Zone

      Core

      Zwaan (1985)

      Active Regions and Emerging Flux

      Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

      (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

      72

      North Pole

      Equator

      Convection Zone

      Radiative Zone

      Core

      2-1 2D calculations

      73

      Apex of the Emerging Loop

      Height Zapex

      Rise Velocity VZapex

      Surfacerarr

      74

      -20000 kmrarr

      Axial Calculation Results

      Magneticflux

      Accumulateddensity

      Magneticflux

      Accumulateddensity

      Accumulateddensity

      Magneticflux

      Deceleration near the Surface

      Accumulated density

      75

      0 t

      2-2 Cross-sectional Calculation

      76

      2-3 Summary of 2D Works

      77

      2-2 Smaller-scale 3D Works

      78

      Results qH0=040 (rapid two-step)

      79

      Results qH0=015 (slow two-step)

      80

      Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

      81

      Results qH0=015 (slow two-step)

      Logarithmic density

      Summary of 3D Work

      Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

      Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

      82

      Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

      decelerates and

      expands horizontally

      Otsuji et al (2010)83

      Observation

      Results qH0=005 (failed)

      84

      Results

      Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

      85

      q large

      q small

      Results

      Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

      86

      Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

      Results

      Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

      87

      Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

      Results

      Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

      q large obeys the initial

      q2 law because the tube

      keeps its coherency q small Emag increases

      because it takes more time

      to emerge to the corona

      and Emag is stored in the

      photospheric tongue 88

      dVB

      Ez

      0

      2

      mag 8

      Results

      Cross-section when

      the apex reaches zH0=40

      89

      Large-scale 3D calculation

      Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

      90

      Large-scale 3D calculation

      Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

      91

      Large-scale 3D calculation

      Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

      92

      Observation

      Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

      decelerates and

      expands horizontally

      Otsuji et al (2010)93

      イントロダクション

      ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

      考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

      (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

      94

      数値モデル

      初期磁束管 exp型分布

      ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

      磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

      磁束管の内部圧力を

        と表すこのとき force balance

       が保たれるよう

       とする

      rqrBrB x

      2

      tube

      2

      tube expR

      rBrBx

      r

      BBB

      dr

      d

      dr

      dp x

      48

      222

      exc

      222

      tube2exc 1

      28

      1xBr

      Rqp

      rpzpzyp excsi

      B

      x

      r

      B

      BX

      2πr

      95

      議論とまとめ

      結果の比較

      物理量 軸方向計算 断面方向計算

      初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

      総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

      初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

      磁束管の半径 1000 km

      初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

      1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

      減速した深さ -10000 km -5000 km

      96

      断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

      議論とまとめ

      3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

      軸磁場強度 Btube ~ 104 G

      総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

      考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

      倍 )

      将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

      97

      1 G = 10-4 T = 105 nT

      太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

      太陽と磁場

      Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

      98

      活動領域と浮上磁場

      活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

      磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

      太陽表面に出現することで活動領域を生じる

      Zwaan (1985)

      Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

      99

      磁気浮力と Parker 不安定性

      磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

      る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

      Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

      内圧 Pi 磁気圧 Pm

      外圧 Pe

      ggf ieb )(

      100

      活動領域と浮上磁場

      AR 10926

      101

      磁束浮上シミュレーション

      磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

      102

      対流層内部における近似計算

      ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

      た 細管近似

      対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

      物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

      Caligari et al (1995)

      103

      対流層内部における近似計算

      非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

      大きく上回る したがって音速を数値計算

      中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

      Fan (2001a)104

      対流層内部における近似計算 (22)

      しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

      細管近似は深さ数万 km で破たんする

      したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

      105

      浮上磁場シミュレーション

      光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

      的にコロナへ浮上

      対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

      Shibata et al (1989) 106

      光球付近での減速機構

      光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

      Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

      Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

      Magara (2001)

      107

      本研究の目的 (12)

      上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

      しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

      対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

      しかし近似は対流層上部で破たんする

      したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

      108

      本研究の目的 (22)

      そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

      対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

      典型波長 ~ 数 10 万 km

      典型波長 ~ 数 1000 km109

      本研究の目的

      減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

      2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

      典型波長 ~ 数 10 万 km

      典型波長 ~ 数 1000 km110

      数値モデル

      初期条件

      xH-400 0 400

      zH

      200

      100

      -200

      -100

      NX timesNZ

      =1536times1920

      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

      磁束の厚さD = 1000 km

      磁束の深さ -20000 km

      光球 (等温 ) = 対流安定

      111

      LX = 16 万 km

      LZ = 8 万 km

      数値モデル (22)

      対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

      無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

      速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

      時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

      密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

      圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

      温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

      磁場強度 B0 = 300 G 112

      数値モデル (23)

      初期条件 (z 方向分布 )

      磁場BX

      密度ρ

      圧力 p

      温度 T

      対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

      113

      数値モデル (24)

      境界条件

      -400 0 400

      200

      100

      -200

      -100

      周期境界 対称境界

      減衰領域

      x H0

      z H0

      114

      数値モデル (14)

      初期条件

      x H0

      -400 0 400

      z H0

      200

      100

      -200

      -100

      NZ=1920

      NX=1536

      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

      width D

      z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

      115

      減速の物理 (34)

      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

      116

      減速の物理 (34)

      磁束シート上のプラズマ

      シート上にプラズマが蓄積する

      磁束シートの浮上

      磁束シートが平らになる

      減速

      117

      光球付近における減速

      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

      磁場

      密度差

      磁場

      密度差密度差

      磁場

      118

      5 パラメータ研究

      119

      パラメータ研究 (111)

      磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

      総磁束量 Φ

      を変えた計算を行った

      総磁束量 Φ

      磁場強度 BX

      120

      パラメータ研究 (211)

      2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

      点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

      121

      パラメータ研究 (311)

      減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

      122

      パラメータ研究 (511)

      2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

      123

      パラメータ研究 (611)

      2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

      124

      パラメータ研究 (711)

      times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

      125

      パラメータ研究 (811)

      密度磁力線速度場126

      パラメータ研究 (911)

      対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

      EmagEkin lt 1

      127

      パラメータ研究 (1011)

      times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

      軸方向計算のまとめ

      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

      減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

      129

      断面方向計算のまとめ

      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

      減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

      130

      Resistive Emergence Model

      Pariat et al (2004) Model established through

      observations Isobe et al (2007)

      2D simulations Archontis amp Hood (2008)

      3D simulations131

      Preceding Studies(13)

      Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

      force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

      that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

      132

      Preceding Studies(23)

      Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

      persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

      133

      Preceding Studies(33)

      Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

      gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

      Pressure gradient Magnetic buoyancy force

      zzz pF BJg

      134

      Parameter Survey and Discussion (99)

      135

      Parameter Survey and Discussion (89)

      Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

      magnetic flux 104 G 1017 Mx

       rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

       rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

       rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

      Moreno-Insertis et al (1995)

      136

      3-1 Introduction of Miyagoshi et al

      137

      Introduction of Miyagoshi et al

      Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

      138

      Introduction of Miyagoshi et al

      Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

      twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

      139

      Introduction of Miyagoshi et al

      Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

      emerged

      q large direct emergence without a tongue

      q small two-step emergence with a tongue

      140

      Introduction of Miyagoshi et al

      Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

      141

      Introduction of Miyagoshi et al

      Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

      Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

      142

      Miyagoshi et al Murray et al (2006)

      Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

      Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

      Radius Rtube 5 25

      Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

      Initial depth ztube -10 -10

      Convection zone Unstable Neutrally stable

      Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

      Result Every q emerged q=01 failed

      Introduction of Miyagoshi et al

      Miyagoshi et al Initial condition

      plasma β = P Pmag lt 1

      at the tube top Strong tubehellip

      143

      Introduction of Miyagoshi et al

      Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

      on the initial twist q

      q large direct emergence

        Emag increases with q q small two-step emergence

        Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

      144

      dVB

      E corona

      2

      mag 8

      Setup and Results

      Conditions

      q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

      145

      Our case Murray et al (2006)

      Flux tube Gaussian type Gaussian type

      Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

      Radius Rtube 25 25

      Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

      Initial depth ztube -10 -10

      Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

      Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

      Result qlt01 failed q=01 failed

      セットアップと計算結果

      結果 (x=0)

      146

      セットアップと計算結果

      結果 (y=0)

      147

      • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
      • 内容
      • 内容 (2)
      • 太陽活動と磁場
      • 活動領域と浮上磁場
      • 活動領域と浮上磁場 (2)
      • 活動領域と浮上磁場 (3)
      • 活動領域と浮上磁場 (4)
      • 先行研究の概観
      • 浮上磁場研究の問題点課題
      • 本研究の目的
      • 内容 (3)
      • 2次元計算2つのモード
      • 内容 (4)
      • 2次元軸方向計算
      • Slide 16
      • 光球付近における減速
      • パラメータ研究
      • 内容 (5)
      • 25次元断面方向計算
      • Slide 21
      • パラメータ研究 (2)
      • 2次元計算のまとめ
      • 内容 (6)
      • 3次元浮上磁場計算
      • 3次元浮上磁場計算 (2)
      • 3次元浮上磁場計算 (3)
      • 3次元浮上磁場計算 (4)
      • 3次元浮上磁場計算 (5)
      • 3次元浮上磁場計算 (6)
      • 3次元浮上磁場計算 (7)
      • 3次元浮上磁場計算 (8)
      • 3次元浮上磁場計算 (9)
      • 3次元浮上磁場計算 (10)
      • 内容 (7)
      • まとめ
      • 今後の課題
      • Fin
      • 1 Introduction
      • 2 Previous 2D Works
      • 3 3D Calculation
      • 4 Summary and Future Works
      • 4 What to Study in HAO
      • What to Study in HAO
      • 2-4 2D Parameter Study
      • Parameter Study
      • Parameter Study (2)
      • Parameter Study (3)
      • Parameter Study BX-Φ too strong
      • Parameter Study (4)
      • Parameter Survey
      • Parameter Survey (2)
      • Parameter Survey BX-Φ weak
      • Parameter Survey (3)
      • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
      • Parameter Study (5)
      • Parameter Study (6)
      • Parameter Study typical case
      • Slide 59
      • Parameter Study BX strong
      • Slide 61
      • Parameter Study BX weak
      • Slide 63
      • Parameter Study (7)
      • Parameter Study q weak
      • Slide 66
      • 3-1 Setup and Results
      • Setup
      • 3-2 Summary of 3D Work
      • Appendix
      • Active Regions and Emerging Flux
      • Active Regions and Emerging Flux (2)
      • 2-1 2D calculations
      • Slide 74
      • Deceleration near the Surface
      • 2-2 Cross-sectional Calculation
      • 2-3 Summary of 2D Works
      • 2-2 Smaller-scale 3D Works
      • Results qH0=040 (rapid two-step)
      • Results qH0=015 (slow two-step)
      • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
      • Summary of 3D Work
      • Observation
      • Results qH0=005 (failed)
      • Results
      • Results (2)
      • Results (3)
      • Results (4)
      • Results (5)
      • Large-scale 3D calculation
      • Large-scale 3D calculation (2)
      • Large-scale 3D calculation (3)
      • Observation (2)
      • イントロダクション
      • 数値モデル
      • 議論とまとめ
      • 議論とまとめ (2)
      • 太陽と磁場
      • 活動領域と浮上磁場 (5)
      • 磁気浮力とParker不安定性
      • 活動領域と浮上磁場 (6)
      • 磁束浮上シミュレーション
      • 対流層内部における近似計算
      • 対流層内部における近似計算 (2)
      • 対流層内部における近似計算 (22)
      • 浮上磁場シミュレーション
      • 光球付近での減速機構
      • 本研究の目的 (12)
      • 本研究の目的 (22)
      • 本研究の目的 (4)
      • 数値モデル (2)
      • 数値モデル (22)
      • 数値モデル (23)
      • 数値モデル (24)
      • 数値モデル (14)
      • 減速の物理 (34)
      • 減速の物理 (34) (2)
      • 光球付近における減速 (2)
      • 5 パラメータ研究
      • パラメータ研究 (111)
      • パラメータ研究 (211)
      • パラメータ研究 (311)
      • パラメータ研究 (511)
      • パラメータ研究 (611)
      • パラメータ研究 (711)
      • パラメータ研究 (811)
      • パラメータ研究 (911)
      • パラメータ研究 (1011)
      • 軸方向計算のまとめ
      • 断面方向計算のまとめ
      • Resistive Emergence Model
      • Preceding Studies(13)
      • Preceding Studies(23)
      • Preceding Studies(33)
      • Parameter Survey and Discussion (99)
      • Parameter Survey and Discussion (89)
      • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
      • Introduction of Miyagoshi et al
      • Introduction of Miyagoshi et al (2)
      • Introduction of Miyagoshi et al (3)
      • Introduction of Miyagoshi et al (4)
      • Introduction of Miyagoshi et al (5)
      • Introduction of Miyagoshi et al (6)
      • Introduction of Miyagoshi et al (7)
      • Setup and Results
      • セットアップと計算結果
      • セットアップと計算結果 (2)

        軟 X 線画像 ( ようこう SXT) 光球磁場 (SOHOMDI)

        太陽活動と磁場

        4

        太陽活動と磁場は密接に関連している 活動領域はグローバルな磁束管が浮上して形成される (Parker 1955) 活動領域はフレア CME を起こすなど宇宙空間に影響を与える

        Fan (2004)

        磁気浮力不安定性 磁束管内部は周囲に比べて軽いため浮力が生じる 磁束管内部のプラズマが磁力線に沿って落下 内部の密度が減少しますます浮上

        活動領域と浮上磁場

        5

        太陽内部の磁束管はねじれていると考えられている 巻き成分が内向きの磁気張力をもつ 磁気張力によって磁束管の崩壊を防ぐ

        活動領域と浮上磁場

        6

        軸方向成分 BX+=

        巻き成分 BΦ

        +=

        ねじれた磁束管 B

        活動領域と浮上磁場

        浮上磁場 太陽ダイナモの一部 磁気浮力によって対流層底部から

        浮上し表面に活動領域を作る

        7

        北極

        赤道面

        対流層

        放射層

        中心核

        Zwaan (1985)

        観測例 Strous amp Zwaan (1999)

        活動領域と浮上磁場

        8光球磁場 Hα 画像(彩層)

        垂直シートモデル各浮上イベントは垂直な平面内で生じる磁気要素の分裂とシア運動

        先行研究の概観

        9

        Moreno-Insertis (1996)

        先行研究 浮上磁場の理論研究は

        「対流層内部」と「外層大気」に二分されてきた

        大きなスケール差のため 今後は浮上磁場を一貫し

        て扱った研究が必要200000 km

        Fan (2001)

        問題点課題 太陽のグローバルな磁束の輸送過程とその結果としての活動

        領域形成の物理を知りたい しかし光学観測では太陽内部を見られない また理論研究は太陽内部上空大気に二分されていた 対流層から太陽表面を通じ上空に至る一貫した磁束輸送過程

        の理解がなされていない 特に表面付近における浮上磁場のダイナミクスや活動領域形

        成の様子が未解明

        浮上磁場研究の問題点課題

        10

        本研究の目的 太陽対流層の深さ 2 万 km からの磁束浮上 MHD 数値計算理論

        モデルの構築 対流層太陽表面上空大気を一貫して扱う(初めての試み) 深さ 2 万 km における磁束の存在条件を求める 対流層の厚さ 20 万 km に対して上部 10

        太陽内部の数値計算では深さ 2 万 km 程度までしか扱えない 従来の光球~上空の計算では深さ 2000 km 程度(従来の 10

        倍深い)

        本研究の目的

        11

        200000 km

        -20000 km

        内容

        1 イントロダクション2 これまでの研究について

        1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

        3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

        12

        2 次元計算 2 つのモード

        2 次元計算には 2 通りのモードが考えられる 軸方向計算  rarr 純粋な 2 次元計算 断面方向計算 rarr 奥行き成分をもつ「 25 次元計算」

        13

        x

        x

        y

        y

        z

        z

        z

        内容

        1 イントロダクション2 これまでの研究について

        1 2次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

        3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

        14

        2 次元軸方向計算

        セットアップ

        xH0

        zH0

        NX timesNZ

        =1536times1920

        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(底面積 Dtimes10D の直方体を仮定)

        磁束の厚さD = 1000 km

        磁束管の初期深度 -20000 km

        光球は等温成層= 対流安定

        15

        LX = 160000 km

        LZ = 80000 km

        -400 +400

        +200

        -200

        密度磁力線速度場16

        2 次元軸方向計算

        光球付近における減速

        磁束上の流体 磁束が浮上すると流体が磁束上に蓄積する 光球は対流安定なので流体は光球を突破できない蓄積した磁束上の流体が磁束の浮上を抑制する

        17

        パラメータ研究

        現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

        磁場強度 B = 104 G 総磁束量 Φ = 1021-1022 Mx

        18

        内容

        1 イントロダクション2 これまでの研究について

        1 2 次元軸方向計算2 25次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

        3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

        19

        25 次元断面方向計算

        セットアップ

        BX = 15times104 G Φ = 47times1020 Mx

        20

        LY = 160000 km

        LZ = 80000 km

        磁束管半径D = 1000 km

        磁束管初期深度 -20000 km

        yH0

        zH0

        NX timesNZ

        =1536times1920 -400 +400

        +200

        -200

        光球は等温成層= 対流安定

        21

        25 次元断面方向計算

        密度磁力線速度場

        パラメータ研究

        現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

        磁場強度 B = 15times104 G ねじれ強度 gt 50times10-4 km -1

        22

        +=

        2 次元計算のまとめ

        深さ 2 万 km からの磁束浮上計算 光球付近で減速し水平に広がった構造を形成する B = 104 G Φ = 1021-1022 Mx ねじれ gt 50times10-4 km-1

        減速の物理 磁束上の流体は光球面を突破しづらいため下方の磁束を抑制する

        軸方向計算と断面方向計算断面方向の浮上が速い 断面計算では磁束上の流体が流れ落ちるため

        3 次元計算の困難さ グリッド数が膨大になる( N = 106 rarr 109 )

        23

        内容

        1 イントロダクション2 これまでの研究について

        1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

        3 3次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

        24

        3 次元浮上磁場計算

        セットアップ 2 次元計算と同じ初期条件

        25-400 xH0 +400

        zH0

        +250

        -200 yH0-200

        +200

        LX = 160000 km

        LZ = 90000 km

        NX timesNYtimesNZ

        =512times256times1024=108 (非一様グリッド)

        LY = 80000 km

        3 次元浮上磁場計算

        磁場強度 log(BB0)

        26

        bullxlt0 ygt0 のみ表示bull表面付近で水平に広がった構造をとるbull上空に複数の磁気ドームを形成する

        3 次元浮上磁場計算

        磁束高度浮上速度の時間発展

        27

        3 次元浮上磁場計算

        光球面磁場 BZB0

        28

        Fan (2001)

        3 次元浮上磁場計算

        光球面磁場 BZB0 と磁力線

        29

        bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

        3 次元浮上磁場計算

        結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

        30

        3 次元浮上磁場計算

        議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

        された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

        される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

        ているようではない

        31

        Zwaan (1985)

        3 次元浮上磁場計算

        議論 光球面で「交換モード不安定」によ

        る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

        32Strous amp Zwaan (1999)

        3 次元浮上磁場計算

        議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

        が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

        33

        3 次元浮上磁場計算

        議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

        浮上するとフットポイントが移動する

        34

        Outer fields Inner fields

        内容

        1 イントロダクション2 これまでの研究について

        1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

        3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

        35

        まとめ

        深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

        磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

        36

        観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

        光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

        今後の課題

        複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

        黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

        パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

        輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

        37

        FinThank you for your attention

        1 Introduction

        39

        2 Previous 2D Works

        40

        3 3D Calculation

        41

        4 Summary and Future Works

        42

        4 What to Study in HAO

        43

        What to Study in HAO

        Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

        Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

        Others Interaction between emerging flux and the convection

        44

        2-4 2D Parameter Study

        45

        Parameter Study

        Varying

        Field strength BX

        Total flux Φ

        to study the condition of the flux emergence

        Total flux Φ

        Field strength BX

        46

        Parameter Study

        two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

        dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

        47

        Parameter Study

        Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

        48

        Parameter Study BX-Φ too strong

        49

        Density field lines and velocity vectors

        Parameter Study

        Two-step emergencebullfield strength is too strong

        50

        Parameter Survey

        Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

        51

        Parameter Survey

        times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

        52

        Parameter Survey BX-Φ weak

        53

        Density field lines and velocity vectors

        Parameter Survey

        times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

        54

        Parameter Survey BX-Φ weak

        55

        Density field lines and velocity vectors

        Parameter Study

        Varying

        Field strength BX

        Initial twist q

        to study the condition of the flux emergence

        Initial twist q

        Field strength BX

        56

        Parameter Study

        Varying axial field strength BX

        57

        Parameter Study typical case

        Varying axial field strength BX

        58

        59

        Density Field Lines and Velocity Vectors

        Parameter Study typical case

        Parameter Study BX strong

        Varying axial field strength BX

        60

        61

        Density Field Lines and Velocity Vectors

        Parameter Study BX strong

        Parameter Study BX weak

        Varying axial field strength BX

        62

        63

        Density Field Lines and Velocity Vectors

        Parameter Study BX weak

        Parameter Study

        Varying initial twist q

        64

        Parameter Study q weak

        Varying initial twist q

        65

        66

        Density Field Lines and Velocity Vectors

        Parameter Study q weak

        3-1 Setup and Results

        67

        Setup

        Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

        qH0=01 case rarr

        68

        rqrBrB x

        2

        tube

        2

        tube expR

        rBrBx

        3-2 Summary of 3D Work

        69

        Appendix

        70

        Active Regions and Emerging Flux

        71

        North Pole

        Equator

        Convection Zone

        Radiative Zone

        Core

        Zwaan (1985)

        Active Regions and Emerging Flux

        Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

        (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

        72

        North Pole

        Equator

        Convection Zone

        Radiative Zone

        Core

        2-1 2D calculations

        73

        Apex of the Emerging Loop

        Height Zapex

        Rise Velocity VZapex

        Surfacerarr

        74

        -20000 kmrarr

        Axial Calculation Results

        Magneticflux

        Accumulateddensity

        Magneticflux

        Accumulateddensity

        Accumulateddensity

        Magneticflux

        Deceleration near the Surface

        Accumulated density

        75

        0 t

        2-2 Cross-sectional Calculation

        76

        2-3 Summary of 2D Works

        77

        2-2 Smaller-scale 3D Works

        78

        Results qH0=040 (rapid two-step)

        79

        Results qH0=015 (slow two-step)

        80

        Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

        81

        Results qH0=015 (slow two-step)

        Logarithmic density

        Summary of 3D Work

        Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

        Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

        82

        Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

        decelerates and

        expands horizontally

        Otsuji et al (2010)83

        Observation

        Results qH0=005 (failed)

        84

        Results

        Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

        85

        q large

        q small

        Results

        Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

        86

        Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

        Results

        Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

        87

        Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

        Results

        Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

        q large obeys the initial

        q2 law because the tube

        keeps its coherency q small Emag increases

        because it takes more time

        to emerge to the corona

        and Emag is stored in the

        photospheric tongue 88

        dVB

        Ez

        0

        2

        mag 8

        Results

        Cross-section when

        the apex reaches zH0=40

        89

        Large-scale 3D calculation

        Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

        90

        Large-scale 3D calculation

        Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

        91

        Large-scale 3D calculation

        Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

        92

        Observation

        Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

        decelerates and

        expands horizontally

        Otsuji et al (2010)93

        イントロダクション

        ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

        考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

        (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

        94

        数値モデル

        初期磁束管 exp型分布

        ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

        磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

        磁束管の内部圧力を

          と表すこのとき force balance

         が保たれるよう

         とする

        rqrBrB x

        2

        tube

        2

        tube expR

        rBrBx

        r

        BBB

        dr

        d

        dr

        dp x

        48

        222

        exc

        222

        tube2exc 1

        28

        1xBr

        Rqp

        rpzpzyp excsi

        B

        x

        r

        B

        BX

        2πr

        95

        議論とまとめ

        結果の比較

        物理量 軸方向計算 断面方向計算

        初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

        総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

        初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

        磁束管の半径 1000 km

        初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

        1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

        減速した深さ -10000 km -5000 km

        96

        断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

        議論とまとめ

        3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

        軸磁場強度 Btube ~ 104 G

        総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

        考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

        倍 )

        将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

        97

        1 G = 10-4 T = 105 nT

        太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

        太陽と磁場

        Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

        98

        活動領域と浮上磁場

        活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

        磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

        太陽表面に出現することで活動領域を生じる

        Zwaan (1985)

        Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

        99

        磁気浮力と Parker 不安定性

        磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

        る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

        Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

        内圧 Pi 磁気圧 Pm

        外圧 Pe

        ggf ieb )(

        100

        活動領域と浮上磁場

        AR 10926

        101

        磁束浮上シミュレーション

        磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

        102

        対流層内部における近似計算

        ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

        た 細管近似

        対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

        物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

        Caligari et al (1995)

        103

        対流層内部における近似計算

        非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

        大きく上回る したがって音速を数値計算

        中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

        Fan (2001a)104

        対流層内部における近似計算 (22)

        しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

        細管近似は深さ数万 km で破たんする

        したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

        105

        浮上磁場シミュレーション

        光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

        的にコロナへ浮上

        対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

        Shibata et al (1989) 106

        光球付近での減速機構

        光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

        Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

        Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

        Magara (2001)

        107

        本研究の目的 (12)

        上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

        しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

        対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

        しかし近似は対流層上部で破たんする

        したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

        108

        本研究の目的 (22)

        そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

        対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

        典型波長 ~ 数 10 万 km

        典型波長 ~ 数 1000 km109

        本研究の目的

        減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

        2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

        典型波長 ~ 数 10 万 km

        典型波長 ~ 数 1000 km110

        数値モデル

        初期条件

        xH-400 0 400

        zH

        200

        100

        -200

        -100

        NX timesNZ

        =1536times1920

        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

        磁束の厚さD = 1000 km

        磁束の深さ -20000 km

        光球 (等温 ) = 対流安定

        111

        LX = 16 万 km

        LZ = 8 万 km

        数値モデル (22)

        対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

        無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

        速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

        時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

        密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

        圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

        温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

        磁場強度 B0 = 300 G 112

        数値モデル (23)

        初期条件 (z 方向分布 )

        磁場BX

        密度ρ

        圧力 p

        温度 T

        対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

        113

        数値モデル (24)

        境界条件

        -400 0 400

        200

        100

        -200

        -100

        周期境界 対称境界

        減衰領域

        x H0

        z H0

        114

        数値モデル (14)

        初期条件

        x H0

        -400 0 400

        z H0

        200

        100

        -200

        -100

        NZ=1920

        NX=1536

        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

        width D

        z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

        115

        減速の物理 (34)

        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

        116

        減速の物理 (34)

        磁束シート上のプラズマ

        シート上にプラズマが蓄積する

        磁束シートの浮上

        磁束シートが平らになる

        減速

        117

        光球付近における減速

        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

        磁場

        密度差

        磁場

        密度差密度差

        磁場

        118

        5 パラメータ研究

        119

        パラメータ研究 (111)

        磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

        総磁束量 Φ

        を変えた計算を行った

        総磁束量 Φ

        磁場強度 BX

        120

        パラメータ研究 (211)

        2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

        点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

        121

        パラメータ研究 (311)

        減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

        122

        パラメータ研究 (511)

        2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

        123

        パラメータ研究 (611)

        2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

        124

        パラメータ研究 (711)

        times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

        125

        パラメータ研究 (811)

        密度磁力線速度場126

        パラメータ研究 (911)

        対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

        EmagEkin lt 1

        127

        パラメータ研究 (1011)

        times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

        軸方向計算のまとめ

        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

        減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

        129

        断面方向計算のまとめ

        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

        減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

        130

        Resistive Emergence Model

        Pariat et al (2004) Model established through

        observations Isobe et al (2007)

        2D simulations Archontis amp Hood (2008)

        3D simulations131

        Preceding Studies(13)

        Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

        force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

        that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

        132

        Preceding Studies(23)

        Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

        persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

        133

        Preceding Studies(33)

        Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

        gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

        Pressure gradient Magnetic buoyancy force

        zzz pF BJg

        134

        Parameter Survey and Discussion (99)

        135

        Parameter Survey and Discussion (89)

        Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

        magnetic flux 104 G 1017 Mx

         rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

         rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

         rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

        Moreno-Insertis et al (1995)

        136

        3-1 Introduction of Miyagoshi et al

        137

        Introduction of Miyagoshi et al

        Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

        138

        Introduction of Miyagoshi et al

        Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

        twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

        139

        Introduction of Miyagoshi et al

        Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

        emerged

        q large direct emergence without a tongue

        q small two-step emergence with a tongue

        140

        Introduction of Miyagoshi et al

        Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

        141

        Introduction of Miyagoshi et al

        Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

        Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

        142

        Miyagoshi et al Murray et al (2006)

        Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

        Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

        Radius Rtube 5 25

        Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

        Initial depth ztube -10 -10

        Convection zone Unstable Neutrally stable

        Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

        Result Every q emerged q=01 failed

        Introduction of Miyagoshi et al

        Miyagoshi et al Initial condition

        plasma β = P Pmag lt 1

        at the tube top Strong tubehellip

        143

        Introduction of Miyagoshi et al

        Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

        on the initial twist q

        q large direct emergence

          Emag increases with q q small two-step emergence

          Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

        144

        dVB

        E corona

        2

        mag 8

        Setup and Results

        Conditions

        q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

        145

        Our case Murray et al (2006)

        Flux tube Gaussian type Gaussian type

        Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

        Radius Rtube 25 25

        Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

        Initial depth ztube -10 -10

        Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

        Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

        Result qlt01 failed q=01 failed

        セットアップと計算結果

        結果 (x=0)

        146

        セットアップと計算結果

        結果 (y=0)

        147

        • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
        • 内容
        • 内容 (2)
        • 太陽活動と磁場
        • 活動領域と浮上磁場
        • 活動領域と浮上磁場 (2)
        • 活動領域と浮上磁場 (3)
        • 活動領域と浮上磁場 (4)
        • 先行研究の概観
        • 浮上磁場研究の問題点課題
        • 本研究の目的
        • 内容 (3)
        • 2次元計算2つのモード
        • 内容 (4)
        • 2次元軸方向計算
        • Slide 16
        • 光球付近における減速
        • パラメータ研究
        • 内容 (5)
        • 25次元断面方向計算
        • Slide 21
        • パラメータ研究 (2)
        • 2次元計算のまとめ
        • 内容 (6)
        • 3次元浮上磁場計算
        • 3次元浮上磁場計算 (2)
        • 3次元浮上磁場計算 (3)
        • 3次元浮上磁場計算 (4)
        • 3次元浮上磁場計算 (5)
        • 3次元浮上磁場計算 (6)
        • 3次元浮上磁場計算 (7)
        • 3次元浮上磁場計算 (8)
        • 3次元浮上磁場計算 (9)
        • 3次元浮上磁場計算 (10)
        • 内容 (7)
        • まとめ
        • 今後の課題
        • Fin
        • 1 Introduction
        • 2 Previous 2D Works
        • 3 3D Calculation
        • 4 Summary and Future Works
        • 4 What to Study in HAO
        • What to Study in HAO
        • 2-4 2D Parameter Study
        • Parameter Study
        • Parameter Study (2)
        • Parameter Study (3)
        • Parameter Study BX-Φ too strong
        • Parameter Study (4)
        • Parameter Survey
        • Parameter Survey (2)
        • Parameter Survey BX-Φ weak
        • Parameter Survey (3)
        • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
        • Parameter Study (5)
        • Parameter Study (6)
        • Parameter Study typical case
        • Slide 59
        • Parameter Study BX strong
        • Slide 61
        • Parameter Study BX weak
        • Slide 63
        • Parameter Study (7)
        • Parameter Study q weak
        • Slide 66
        • 3-1 Setup and Results
        • Setup
        • 3-2 Summary of 3D Work
        • Appendix
        • Active Regions and Emerging Flux
        • Active Regions and Emerging Flux (2)
        • 2-1 2D calculations
        • Slide 74
        • Deceleration near the Surface
        • 2-2 Cross-sectional Calculation
        • 2-3 Summary of 2D Works
        • 2-2 Smaller-scale 3D Works
        • Results qH0=040 (rapid two-step)
        • Results qH0=015 (slow two-step)
        • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
        • Summary of 3D Work
        • Observation
        • Results qH0=005 (failed)
        • Results
        • Results (2)
        • Results (3)
        • Results (4)
        • Results (5)
        • Large-scale 3D calculation
        • Large-scale 3D calculation (2)
        • Large-scale 3D calculation (3)
        • Observation (2)
        • イントロダクション
        • 数値モデル
        • 議論とまとめ
        • 議論とまとめ (2)
        • 太陽と磁場
        • 活動領域と浮上磁場 (5)
        • 磁気浮力とParker不安定性
        • 活動領域と浮上磁場 (6)
        • 磁束浮上シミュレーション
        • 対流層内部における近似計算
        • 対流層内部における近似計算 (2)
        • 対流層内部における近似計算 (22)
        • 浮上磁場シミュレーション
        • 光球付近での減速機構
        • 本研究の目的 (12)
        • 本研究の目的 (22)
        • 本研究の目的 (4)
        • 数値モデル (2)
        • 数値モデル (22)
        • 数値モデル (23)
        • 数値モデル (24)
        • 数値モデル (14)
        • 減速の物理 (34)
        • 減速の物理 (34) (2)
        • 光球付近における減速 (2)
        • 5 パラメータ研究
        • パラメータ研究 (111)
        • パラメータ研究 (211)
        • パラメータ研究 (311)
        • パラメータ研究 (511)
        • パラメータ研究 (611)
        • パラメータ研究 (711)
        • パラメータ研究 (811)
        • パラメータ研究 (911)
        • パラメータ研究 (1011)
        • 軸方向計算のまとめ
        • 断面方向計算のまとめ
        • Resistive Emergence Model
        • Preceding Studies(13)
        • Preceding Studies(23)
        • Preceding Studies(33)
        • Parameter Survey and Discussion (99)
        • Parameter Survey and Discussion (89)
        • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
        • Introduction of Miyagoshi et al
        • Introduction of Miyagoshi et al (2)
        • Introduction of Miyagoshi et al (3)
        • Introduction of Miyagoshi et al (4)
        • Introduction of Miyagoshi et al (5)
        • Introduction of Miyagoshi et al (6)
        • Introduction of Miyagoshi et al (7)
        • Setup and Results
        • セットアップと計算結果
        • セットアップと計算結果 (2)

          磁気浮力不安定性 磁束管内部は周囲に比べて軽いため浮力が生じる 磁束管内部のプラズマが磁力線に沿って落下 内部の密度が減少しますます浮上

          活動領域と浮上磁場

          5

          太陽内部の磁束管はねじれていると考えられている 巻き成分が内向きの磁気張力をもつ 磁気張力によって磁束管の崩壊を防ぐ

          活動領域と浮上磁場

          6

          軸方向成分 BX+=

          巻き成分 BΦ

          +=

          ねじれた磁束管 B

          活動領域と浮上磁場

          浮上磁場 太陽ダイナモの一部 磁気浮力によって対流層底部から

          浮上し表面に活動領域を作る

          7

          北極

          赤道面

          対流層

          放射層

          中心核

          Zwaan (1985)

          観測例 Strous amp Zwaan (1999)

          活動領域と浮上磁場

          8光球磁場 Hα 画像(彩層)

          垂直シートモデル各浮上イベントは垂直な平面内で生じる磁気要素の分裂とシア運動

          先行研究の概観

          9

          Moreno-Insertis (1996)

          先行研究 浮上磁場の理論研究は

          「対流層内部」と「外層大気」に二分されてきた

          大きなスケール差のため 今後は浮上磁場を一貫し

          て扱った研究が必要200000 km

          Fan (2001)

          問題点課題 太陽のグローバルな磁束の輸送過程とその結果としての活動

          領域形成の物理を知りたい しかし光学観測では太陽内部を見られない また理論研究は太陽内部上空大気に二分されていた 対流層から太陽表面を通じ上空に至る一貫した磁束輸送過程

          の理解がなされていない 特に表面付近における浮上磁場のダイナミクスや活動領域形

          成の様子が未解明

          浮上磁場研究の問題点課題

          10

          本研究の目的 太陽対流層の深さ 2 万 km からの磁束浮上 MHD 数値計算理論

          モデルの構築 対流層太陽表面上空大気を一貫して扱う(初めての試み) 深さ 2 万 km における磁束の存在条件を求める 対流層の厚さ 20 万 km に対して上部 10

          太陽内部の数値計算では深さ 2 万 km 程度までしか扱えない 従来の光球~上空の計算では深さ 2000 km 程度(従来の 10

          倍深い)

          本研究の目的

          11

          200000 km

          -20000 km

          内容

          1 イントロダクション2 これまでの研究について

          1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

          3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

          12

          2 次元計算 2 つのモード

          2 次元計算には 2 通りのモードが考えられる 軸方向計算  rarr 純粋な 2 次元計算 断面方向計算 rarr 奥行き成分をもつ「 25 次元計算」

          13

          x

          x

          y

          y

          z

          z

          z

          内容

          1 イントロダクション2 これまでの研究について

          1 2次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

          3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

          14

          2 次元軸方向計算

          セットアップ

          xH0

          zH0

          NX timesNZ

          =1536times1920

          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(底面積 Dtimes10D の直方体を仮定)

          磁束の厚さD = 1000 km

          磁束管の初期深度 -20000 km

          光球は等温成層= 対流安定

          15

          LX = 160000 km

          LZ = 80000 km

          -400 +400

          +200

          -200

          密度磁力線速度場16

          2 次元軸方向計算

          光球付近における減速

          磁束上の流体 磁束が浮上すると流体が磁束上に蓄積する 光球は対流安定なので流体は光球を突破できない蓄積した磁束上の流体が磁束の浮上を抑制する

          17

          パラメータ研究

          現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

          磁場強度 B = 104 G 総磁束量 Φ = 1021-1022 Mx

          18

          内容

          1 イントロダクション2 これまでの研究について

          1 2 次元軸方向計算2 25次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

          3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

          19

          25 次元断面方向計算

          セットアップ

          BX = 15times104 G Φ = 47times1020 Mx

          20

          LY = 160000 km

          LZ = 80000 km

          磁束管半径D = 1000 km

          磁束管初期深度 -20000 km

          yH0

          zH0

          NX timesNZ

          =1536times1920 -400 +400

          +200

          -200

          光球は等温成層= 対流安定

          21

          25 次元断面方向計算

          密度磁力線速度場

          パラメータ研究

          現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

          磁場強度 B = 15times104 G ねじれ強度 gt 50times10-4 km -1

          22

          +=

          2 次元計算のまとめ

          深さ 2 万 km からの磁束浮上計算 光球付近で減速し水平に広がった構造を形成する B = 104 G Φ = 1021-1022 Mx ねじれ gt 50times10-4 km-1

          減速の物理 磁束上の流体は光球面を突破しづらいため下方の磁束を抑制する

          軸方向計算と断面方向計算断面方向の浮上が速い 断面計算では磁束上の流体が流れ落ちるため

          3 次元計算の困難さ グリッド数が膨大になる( N = 106 rarr 109 )

          23

          内容

          1 イントロダクション2 これまでの研究について

          1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

          3 3次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

          24

          3 次元浮上磁場計算

          セットアップ 2 次元計算と同じ初期条件

          25-400 xH0 +400

          zH0

          +250

          -200 yH0-200

          +200

          LX = 160000 km

          LZ = 90000 km

          NX timesNYtimesNZ

          =512times256times1024=108 (非一様グリッド)

          LY = 80000 km

          3 次元浮上磁場計算

          磁場強度 log(BB0)

          26

          bullxlt0 ygt0 のみ表示bull表面付近で水平に広がった構造をとるbull上空に複数の磁気ドームを形成する

          3 次元浮上磁場計算

          磁束高度浮上速度の時間発展

          27

          3 次元浮上磁場計算

          光球面磁場 BZB0

          28

          Fan (2001)

          3 次元浮上磁場計算

          光球面磁場 BZB0 と磁力線

          29

          bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

          3 次元浮上磁場計算

          結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

          30

          3 次元浮上磁場計算

          議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

          された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

          される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

          ているようではない

          31

          Zwaan (1985)

          3 次元浮上磁場計算

          議論 光球面で「交換モード不安定」によ

          る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

          32Strous amp Zwaan (1999)

          3 次元浮上磁場計算

          議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

          が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

          33

          3 次元浮上磁場計算

          議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

          浮上するとフットポイントが移動する

          34

          Outer fields Inner fields

          内容

          1 イントロダクション2 これまでの研究について

          1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

          3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

          35

          まとめ

          深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

          磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

          36

          観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

          光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

          今後の課題

          複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

          黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

          パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

          輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

          37

          FinThank you for your attention

          1 Introduction

          39

          2 Previous 2D Works

          40

          3 3D Calculation

          41

          4 Summary and Future Works

          42

          4 What to Study in HAO

          43

          What to Study in HAO

          Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

          Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

          Others Interaction between emerging flux and the convection

          44

          2-4 2D Parameter Study

          45

          Parameter Study

          Varying

          Field strength BX

          Total flux Φ

          to study the condition of the flux emergence

          Total flux Φ

          Field strength BX

          46

          Parameter Study

          two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

          dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

          47

          Parameter Study

          Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

          48

          Parameter Study BX-Φ too strong

          49

          Density field lines and velocity vectors

          Parameter Study

          Two-step emergencebullfield strength is too strong

          50

          Parameter Survey

          Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

          51

          Parameter Survey

          times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

          52

          Parameter Survey BX-Φ weak

          53

          Density field lines and velocity vectors

          Parameter Survey

          times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

          54

          Parameter Survey BX-Φ weak

          55

          Density field lines and velocity vectors

          Parameter Study

          Varying

          Field strength BX

          Initial twist q

          to study the condition of the flux emergence

          Initial twist q

          Field strength BX

          56

          Parameter Study

          Varying axial field strength BX

          57

          Parameter Study typical case

          Varying axial field strength BX

          58

          59

          Density Field Lines and Velocity Vectors

          Parameter Study typical case

          Parameter Study BX strong

          Varying axial field strength BX

          60

          61

          Density Field Lines and Velocity Vectors

          Parameter Study BX strong

          Parameter Study BX weak

          Varying axial field strength BX

          62

          63

          Density Field Lines and Velocity Vectors

          Parameter Study BX weak

          Parameter Study

          Varying initial twist q

          64

          Parameter Study q weak

          Varying initial twist q

          65

          66

          Density Field Lines and Velocity Vectors

          Parameter Study q weak

          3-1 Setup and Results

          67

          Setup

          Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

          qH0=01 case rarr

          68

          rqrBrB x

          2

          tube

          2

          tube expR

          rBrBx

          3-2 Summary of 3D Work

          69

          Appendix

          70

          Active Regions and Emerging Flux

          71

          North Pole

          Equator

          Convection Zone

          Radiative Zone

          Core

          Zwaan (1985)

          Active Regions and Emerging Flux

          Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

          (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

          72

          North Pole

          Equator

          Convection Zone

          Radiative Zone

          Core

          2-1 2D calculations

          73

          Apex of the Emerging Loop

          Height Zapex

          Rise Velocity VZapex

          Surfacerarr

          74

          -20000 kmrarr

          Axial Calculation Results

          Magneticflux

          Accumulateddensity

          Magneticflux

          Accumulateddensity

          Accumulateddensity

          Magneticflux

          Deceleration near the Surface

          Accumulated density

          75

          0 t

          2-2 Cross-sectional Calculation

          76

          2-3 Summary of 2D Works

          77

          2-2 Smaller-scale 3D Works

          78

          Results qH0=040 (rapid two-step)

          79

          Results qH0=015 (slow two-step)

          80

          Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

          81

          Results qH0=015 (slow two-step)

          Logarithmic density

          Summary of 3D Work

          Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

          Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

          82

          Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

          decelerates and

          expands horizontally

          Otsuji et al (2010)83

          Observation

          Results qH0=005 (failed)

          84

          Results

          Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

          85

          q large

          q small

          Results

          Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

          86

          Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

          Results

          Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

          87

          Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

          Results

          Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

          q large obeys the initial

          q2 law because the tube

          keeps its coherency q small Emag increases

          because it takes more time

          to emerge to the corona

          and Emag is stored in the

          photospheric tongue 88

          dVB

          Ez

          0

          2

          mag 8

          Results

          Cross-section when

          the apex reaches zH0=40

          89

          Large-scale 3D calculation

          Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

          90

          Large-scale 3D calculation

          Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

          91

          Large-scale 3D calculation

          Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

          92

          Observation

          Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

          decelerates and

          expands horizontally

          Otsuji et al (2010)93

          イントロダクション

          ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

          考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

          (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

          94

          数値モデル

          初期磁束管 exp型分布

          ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

          磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

          磁束管の内部圧力を

            と表すこのとき force balance

           が保たれるよう

           とする

          rqrBrB x

          2

          tube

          2

          tube expR

          rBrBx

          r

          BBB

          dr

          d

          dr

          dp x

          48

          222

          exc

          222

          tube2exc 1

          28

          1xBr

          Rqp

          rpzpzyp excsi

          B

          x

          r

          B

          BX

          2πr

          95

          議論とまとめ

          結果の比較

          物理量 軸方向計算 断面方向計算

          初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

          総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

          初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

          磁束管の半径 1000 km

          初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

          1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

          減速した深さ -10000 km -5000 km

          96

          断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

          議論とまとめ

          3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

          軸磁場強度 Btube ~ 104 G

          総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

          考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

          倍 )

          将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

          97

          1 G = 10-4 T = 105 nT

          太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

          太陽と磁場

          Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

          98

          活動領域と浮上磁場

          活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

          磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

          太陽表面に出現することで活動領域を生じる

          Zwaan (1985)

          Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

          99

          磁気浮力と Parker 不安定性

          磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

          る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

          Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

          内圧 Pi 磁気圧 Pm

          外圧 Pe

          ggf ieb )(

          100

          活動領域と浮上磁場

          AR 10926

          101

          磁束浮上シミュレーション

          磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

          102

          対流層内部における近似計算

          ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

          た 細管近似

          対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

          物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

          Caligari et al (1995)

          103

          対流層内部における近似計算

          非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

          大きく上回る したがって音速を数値計算

          中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

          Fan (2001a)104

          対流層内部における近似計算 (22)

          しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

          細管近似は深さ数万 km で破たんする

          したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

          105

          浮上磁場シミュレーション

          光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

          的にコロナへ浮上

          対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

          Shibata et al (1989) 106

          光球付近での減速機構

          光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

          Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

          Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

          Magara (2001)

          107

          本研究の目的 (12)

          上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

          しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

          対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

          しかし近似は対流層上部で破たんする

          したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

          108

          本研究の目的 (22)

          そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

          対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

          典型波長 ~ 数 10 万 km

          典型波長 ~ 数 1000 km109

          本研究の目的

          減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

          2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

          典型波長 ~ 数 10 万 km

          典型波長 ~ 数 1000 km110

          数値モデル

          初期条件

          xH-400 0 400

          zH

          200

          100

          -200

          -100

          NX timesNZ

          =1536times1920

          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

          磁束の厚さD = 1000 km

          磁束の深さ -20000 km

          光球 (等温 ) = 対流安定

          111

          LX = 16 万 km

          LZ = 8 万 km

          数値モデル (22)

          対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

          無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

          速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

          時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

          密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

          圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

          温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

          磁場強度 B0 = 300 G 112

          数値モデル (23)

          初期条件 (z 方向分布 )

          磁場BX

          密度ρ

          圧力 p

          温度 T

          対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

          113

          数値モデル (24)

          境界条件

          -400 0 400

          200

          100

          -200

          -100

          周期境界 対称境界

          減衰領域

          x H0

          z H0

          114

          数値モデル (14)

          初期条件

          x H0

          -400 0 400

          z H0

          200

          100

          -200

          -100

          NZ=1920

          NX=1536

          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

          width D

          z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

          115

          減速の物理 (34)

          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

          116

          減速の物理 (34)

          磁束シート上のプラズマ

          シート上にプラズマが蓄積する

          磁束シートの浮上

          磁束シートが平らになる

          減速

          117

          光球付近における減速

          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

          磁場

          密度差

          磁場

          密度差密度差

          磁場

          118

          5 パラメータ研究

          119

          パラメータ研究 (111)

          磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

          総磁束量 Φ

          を変えた計算を行った

          総磁束量 Φ

          磁場強度 BX

          120

          パラメータ研究 (211)

          2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

          点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

          121

          パラメータ研究 (311)

          減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

          122

          パラメータ研究 (511)

          2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

          123

          パラメータ研究 (611)

          2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

          124

          パラメータ研究 (711)

          times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

          125

          パラメータ研究 (811)

          密度磁力線速度場126

          パラメータ研究 (911)

          対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

          EmagEkin lt 1

          127

          パラメータ研究 (1011)

          times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

          軸方向計算のまとめ

          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

          減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

          129

          断面方向計算のまとめ

          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

          減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

          130

          Resistive Emergence Model

          Pariat et al (2004) Model established through

          observations Isobe et al (2007)

          2D simulations Archontis amp Hood (2008)

          3D simulations131

          Preceding Studies(13)

          Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

          force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

          that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

          132

          Preceding Studies(23)

          Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

          persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

          133

          Preceding Studies(33)

          Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

          gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

          Pressure gradient Magnetic buoyancy force

          zzz pF BJg

          134

          Parameter Survey and Discussion (99)

          135

          Parameter Survey and Discussion (89)

          Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

          magnetic flux 104 G 1017 Mx

           rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

           rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

           rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

          Moreno-Insertis et al (1995)

          136

          3-1 Introduction of Miyagoshi et al

          137

          Introduction of Miyagoshi et al

          Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

          138

          Introduction of Miyagoshi et al

          Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

          twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

          139

          Introduction of Miyagoshi et al

          Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

          emerged

          q large direct emergence without a tongue

          q small two-step emergence with a tongue

          140

          Introduction of Miyagoshi et al

          Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

          141

          Introduction of Miyagoshi et al

          Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

          Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

          142

          Miyagoshi et al Murray et al (2006)

          Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

          Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

          Radius Rtube 5 25

          Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

          Initial depth ztube -10 -10

          Convection zone Unstable Neutrally stable

          Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

          Result Every q emerged q=01 failed

          Introduction of Miyagoshi et al

          Miyagoshi et al Initial condition

          plasma β = P Pmag lt 1

          at the tube top Strong tubehellip

          143

          Introduction of Miyagoshi et al

          Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

          on the initial twist q

          q large direct emergence

            Emag increases with q q small two-step emergence

            Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

          144

          dVB

          E corona

          2

          mag 8

          Setup and Results

          Conditions

          q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

          145

          Our case Murray et al (2006)

          Flux tube Gaussian type Gaussian type

          Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

          Radius Rtube 25 25

          Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

          Initial depth ztube -10 -10

          Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

          Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

          Result qlt01 failed q=01 failed

          セットアップと計算結果

          結果 (x=0)

          146

          セットアップと計算結果

          結果 (y=0)

          147

          • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
          • 内容
          • 内容 (2)
          • 太陽活動と磁場
          • 活動領域と浮上磁場
          • 活動領域と浮上磁場 (2)
          • 活動領域と浮上磁場 (3)
          • 活動領域と浮上磁場 (4)
          • 先行研究の概観
          • 浮上磁場研究の問題点課題
          • 本研究の目的
          • 内容 (3)
          • 2次元計算2つのモード
          • 内容 (4)
          • 2次元軸方向計算
          • Slide 16
          • 光球付近における減速
          • パラメータ研究
          • 内容 (5)
          • 25次元断面方向計算
          • Slide 21
          • パラメータ研究 (2)
          • 2次元計算のまとめ
          • 内容 (6)
          • 3次元浮上磁場計算
          • 3次元浮上磁場計算 (2)
          • 3次元浮上磁場計算 (3)
          • 3次元浮上磁場計算 (4)
          • 3次元浮上磁場計算 (5)
          • 3次元浮上磁場計算 (6)
          • 3次元浮上磁場計算 (7)
          • 3次元浮上磁場計算 (8)
          • 3次元浮上磁場計算 (9)
          • 3次元浮上磁場計算 (10)
          • 内容 (7)
          • まとめ
          • 今後の課題
          • Fin
          • 1 Introduction
          • 2 Previous 2D Works
          • 3 3D Calculation
          • 4 Summary and Future Works
          • 4 What to Study in HAO
          • What to Study in HAO
          • 2-4 2D Parameter Study
          • Parameter Study
          • Parameter Study (2)
          • Parameter Study (3)
          • Parameter Study BX-Φ too strong
          • Parameter Study (4)
          • Parameter Survey
          • Parameter Survey (2)
          • Parameter Survey BX-Φ weak
          • Parameter Survey (3)
          • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
          • Parameter Study (5)
          • Parameter Study (6)
          • Parameter Study typical case
          • Slide 59
          • Parameter Study BX strong
          • Slide 61
          • Parameter Study BX weak
          • Slide 63
          • Parameter Study (7)
          • Parameter Study q weak
          • Slide 66
          • 3-1 Setup and Results
          • Setup
          • 3-2 Summary of 3D Work
          • Appendix
          • Active Regions and Emerging Flux
          • Active Regions and Emerging Flux (2)
          • 2-1 2D calculations
          • Slide 74
          • Deceleration near the Surface
          • 2-2 Cross-sectional Calculation
          • 2-3 Summary of 2D Works
          • 2-2 Smaller-scale 3D Works
          • Results qH0=040 (rapid two-step)
          • Results qH0=015 (slow two-step)
          • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
          • Summary of 3D Work
          • Observation
          • Results qH0=005 (failed)
          • Results
          • Results (2)
          • Results (3)
          • Results (4)
          • Results (5)
          • Large-scale 3D calculation
          • Large-scale 3D calculation (2)
          • Large-scale 3D calculation (3)
          • Observation (2)
          • イントロダクション
          • 数値モデル
          • 議論とまとめ
          • 議論とまとめ (2)
          • 太陽と磁場
          • 活動領域と浮上磁場 (5)
          • 磁気浮力とParker不安定性
          • 活動領域と浮上磁場 (6)
          • 磁束浮上シミュレーション
          • 対流層内部における近似計算
          • 対流層内部における近似計算 (2)
          • 対流層内部における近似計算 (22)
          • 浮上磁場シミュレーション
          • 光球付近での減速機構
          • 本研究の目的 (12)
          • 本研究の目的 (22)
          • 本研究の目的 (4)
          • 数値モデル (2)
          • 数値モデル (22)
          • 数値モデル (23)
          • 数値モデル (24)
          • 数値モデル (14)
          • 減速の物理 (34)
          • 減速の物理 (34) (2)
          • 光球付近における減速 (2)
          • 5 パラメータ研究
          • パラメータ研究 (111)
          • パラメータ研究 (211)
          • パラメータ研究 (311)
          • パラメータ研究 (511)
          • パラメータ研究 (611)
          • パラメータ研究 (711)
          • パラメータ研究 (811)
          • パラメータ研究 (911)
          • パラメータ研究 (1011)
          • 軸方向計算のまとめ
          • 断面方向計算のまとめ
          • Resistive Emergence Model
          • Preceding Studies(13)
          • Preceding Studies(23)
          • Preceding Studies(33)
          • Parameter Survey and Discussion (99)
          • Parameter Survey and Discussion (89)
          • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
          • Introduction of Miyagoshi et al
          • Introduction of Miyagoshi et al (2)
          • Introduction of Miyagoshi et al (3)
          • Introduction of Miyagoshi et al (4)
          • Introduction of Miyagoshi et al (5)
          • Introduction of Miyagoshi et al (6)
          • Introduction of Miyagoshi et al (7)
          • Setup and Results
          • セットアップと計算結果
          • セットアップと計算結果 (2)

            太陽内部の磁束管はねじれていると考えられている 巻き成分が内向きの磁気張力をもつ 磁気張力によって磁束管の崩壊を防ぐ

            活動領域と浮上磁場

            6

            軸方向成分 BX+=

            巻き成分 BΦ

            +=

            ねじれた磁束管 B

            活動領域と浮上磁場

            浮上磁場 太陽ダイナモの一部 磁気浮力によって対流層底部から

            浮上し表面に活動領域を作る

            7

            北極

            赤道面

            対流層

            放射層

            中心核

            Zwaan (1985)

            観測例 Strous amp Zwaan (1999)

            活動領域と浮上磁場

            8光球磁場 Hα 画像(彩層)

            垂直シートモデル各浮上イベントは垂直な平面内で生じる磁気要素の分裂とシア運動

            先行研究の概観

            9

            Moreno-Insertis (1996)

            先行研究 浮上磁場の理論研究は

            「対流層内部」と「外層大気」に二分されてきた

            大きなスケール差のため 今後は浮上磁場を一貫し

            て扱った研究が必要200000 km

            Fan (2001)

            問題点課題 太陽のグローバルな磁束の輸送過程とその結果としての活動

            領域形成の物理を知りたい しかし光学観測では太陽内部を見られない また理論研究は太陽内部上空大気に二分されていた 対流層から太陽表面を通じ上空に至る一貫した磁束輸送過程

            の理解がなされていない 特に表面付近における浮上磁場のダイナミクスや活動領域形

            成の様子が未解明

            浮上磁場研究の問題点課題

            10

            本研究の目的 太陽対流層の深さ 2 万 km からの磁束浮上 MHD 数値計算理論

            モデルの構築 対流層太陽表面上空大気を一貫して扱う(初めての試み) 深さ 2 万 km における磁束の存在条件を求める 対流層の厚さ 20 万 km に対して上部 10

            太陽内部の数値計算では深さ 2 万 km 程度までしか扱えない 従来の光球~上空の計算では深さ 2000 km 程度(従来の 10

            倍深い)

            本研究の目的

            11

            200000 km

            -20000 km

            内容

            1 イントロダクション2 これまでの研究について

            1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

            3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

            12

            2 次元計算 2 つのモード

            2 次元計算には 2 通りのモードが考えられる 軸方向計算  rarr 純粋な 2 次元計算 断面方向計算 rarr 奥行き成分をもつ「 25 次元計算」

            13

            x

            x

            y

            y

            z

            z

            z

            内容

            1 イントロダクション2 これまでの研究について

            1 2次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

            3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

            14

            2 次元軸方向計算

            セットアップ

            xH0

            zH0

            NX timesNZ

            =1536times1920

            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(底面積 Dtimes10D の直方体を仮定)

            磁束の厚さD = 1000 km

            磁束管の初期深度 -20000 km

            光球は等温成層= 対流安定

            15

            LX = 160000 km

            LZ = 80000 km

            -400 +400

            +200

            -200

            密度磁力線速度場16

            2 次元軸方向計算

            光球付近における減速

            磁束上の流体 磁束が浮上すると流体が磁束上に蓄積する 光球は対流安定なので流体は光球を突破できない蓄積した磁束上の流体が磁束の浮上を抑制する

            17

            パラメータ研究

            現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

            磁場強度 B = 104 G 総磁束量 Φ = 1021-1022 Mx

            18

            内容

            1 イントロダクション2 これまでの研究について

            1 2 次元軸方向計算2 25次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

            3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

            19

            25 次元断面方向計算

            セットアップ

            BX = 15times104 G Φ = 47times1020 Mx

            20

            LY = 160000 km

            LZ = 80000 km

            磁束管半径D = 1000 km

            磁束管初期深度 -20000 km

            yH0

            zH0

            NX timesNZ

            =1536times1920 -400 +400

            +200

            -200

            光球は等温成層= 対流安定

            21

            25 次元断面方向計算

            密度磁力線速度場

            パラメータ研究

            現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

            磁場強度 B = 15times104 G ねじれ強度 gt 50times10-4 km -1

            22

            +=

            2 次元計算のまとめ

            深さ 2 万 km からの磁束浮上計算 光球付近で減速し水平に広がった構造を形成する B = 104 G Φ = 1021-1022 Mx ねじれ gt 50times10-4 km-1

            減速の物理 磁束上の流体は光球面を突破しづらいため下方の磁束を抑制する

            軸方向計算と断面方向計算断面方向の浮上が速い 断面計算では磁束上の流体が流れ落ちるため

            3 次元計算の困難さ グリッド数が膨大になる( N = 106 rarr 109 )

            23

            内容

            1 イントロダクション2 これまでの研究について

            1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

            3 3次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

            24

            3 次元浮上磁場計算

            セットアップ 2 次元計算と同じ初期条件

            25-400 xH0 +400

            zH0

            +250

            -200 yH0-200

            +200

            LX = 160000 km

            LZ = 90000 km

            NX timesNYtimesNZ

            =512times256times1024=108 (非一様グリッド)

            LY = 80000 km

            3 次元浮上磁場計算

            磁場強度 log(BB0)

            26

            bullxlt0 ygt0 のみ表示bull表面付近で水平に広がった構造をとるbull上空に複数の磁気ドームを形成する

            3 次元浮上磁場計算

            磁束高度浮上速度の時間発展

            27

            3 次元浮上磁場計算

            光球面磁場 BZB0

            28

            Fan (2001)

            3 次元浮上磁場計算

            光球面磁場 BZB0 と磁力線

            29

            bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

            3 次元浮上磁場計算

            結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

            30

            3 次元浮上磁場計算

            議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

            された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

            される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

            ているようではない

            31

            Zwaan (1985)

            3 次元浮上磁場計算

            議論 光球面で「交換モード不安定」によ

            る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

            32Strous amp Zwaan (1999)

            3 次元浮上磁場計算

            議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

            が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

            33

            3 次元浮上磁場計算

            議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

            浮上するとフットポイントが移動する

            34

            Outer fields Inner fields

            内容

            1 イントロダクション2 これまでの研究について

            1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

            3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

            35

            まとめ

            深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

            磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

            36

            観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

            光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

            今後の課題

            複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

            黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

            パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

            輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

            37

            FinThank you for your attention

            1 Introduction

            39

            2 Previous 2D Works

            40

            3 3D Calculation

            41

            4 Summary and Future Works

            42

            4 What to Study in HAO

            43

            What to Study in HAO

            Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

            Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

            Others Interaction between emerging flux and the convection

            44

            2-4 2D Parameter Study

            45

            Parameter Study

            Varying

            Field strength BX

            Total flux Φ

            to study the condition of the flux emergence

            Total flux Φ

            Field strength BX

            46

            Parameter Study

            two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

            dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

            47

            Parameter Study

            Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

            48

            Parameter Study BX-Φ too strong

            49

            Density field lines and velocity vectors

            Parameter Study

            Two-step emergencebullfield strength is too strong

            50

            Parameter Survey

            Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

            51

            Parameter Survey

            times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

            52

            Parameter Survey BX-Φ weak

            53

            Density field lines and velocity vectors

            Parameter Survey

            times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

            54

            Parameter Survey BX-Φ weak

            55

            Density field lines and velocity vectors

            Parameter Study

            Varying

            Field strength BX

            Initial twist q

            to study the condition of the flux emergence

            Initial twist q

            Field strength BX

            56

            Parameter Study

            Varying axial field strength BX

            57

            Parameter Study typical case

            Varying axial field strength BX

            58

            59

            Density Field Lines and Velocity Vectors

            Parameter Study typical case

            Parameter Study BX strong

            Varying axial field strength BX

            60

            61

            Density Field Lines and Velocity Vectors

            Parameter Study BX strong

            Parameter Study BX weak

            Varying axial field strength BX

            62

            63

            Density Field Lines and Velocity Vectors

            Parameter Study BX weak

            Parameter Study

            Varying initial twist q

            64

            Parameter Study q weak

            Varying initial twist q

            65

            66

            Density Field Lines and Velocity Vectors

            Parameter Study q weak

            3-1 Setup and Results

            67

            Setup

            Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

            qH0=01 case rarr

            68

            rqrBrB x

            2

            tube

            2

            tube expR

            rBrBx

            3-2 Summary of 3D Work

            69

            Appendix

            70

            Active Regions and Emerging Flux

            71

            North Pole

            Equator

            Convection Zone

            Radiative Zone

            Core

            Zwaan (1985)

            Active Regions and Emerging Flux

            Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

            (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

            72

            North Pole

            Equator

            Convection Zone

            Radiative Zone

            Core

            2-1 2D calculations

            73

            Apex of the Emerging Loop

            Height Zapex

            Rise Velocity VZapex

            Surfacerarr

            74

            -20000 kmrarr

            Axial Calculation Results

            Magneticflux

            Accumulateddensity

            Magneticflux

            Accumulateddensity

            Accumulateddensity

            Magneticflux

            Deceleration near the Surface

            Accumulated density

            75

            0 t

            2-2 Cross-sectional Calculation

            76

            2-3 Summary of 2D Works

            77

            2-2 Smaller-scale 3D Works

            78

            Results qH0=040 (rapid two-step)

            79

            Results qH0=015 (slow two-step)

            80

            Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

            81

            Results qH0=015 (slow two-step)

            Logarithmic density

            Summary of 3D Work

            Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

            Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

            82

            Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

            decelerates and

            expands horizontally

            Otsuji et al (2010)83

            Observation

            Results qH0=005 (failed)

            84

            Results

            Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

            85

            q large

            q small

            Results

            Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

            86

            Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

            Results

            Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

            87

            Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

            Results

            Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

            q large obeys the initial

            q2 law because the tube

            keeps its coherency q small Emag increases

            because it takes more time

            to emerge to the corona

            and Emag is stored in the

            photospheric tongue 88

            dVB

            Ez

            0

            2

            mag 8

            Results

            Cross-section when

            the apex reaches zH0=40

            89

            Large-scale 3D calculation

            Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

            90

            Large-scale 3D calculation

            Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

            91

            Large-scale 3D calculation

            Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

            92

            Observation

            Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

            decelerates and

            expands horizontally

            Otsuji et al (2010)93

            イントロダクション

            ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

            考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

            (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

            94

            数値モデル

            初期磁束管 exp型分布

            ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

            磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

            磁束管の内部圧力を

              と表すこのとき force balance

             が保たれるよう

             とする

            rqrBrB x

            2

            tube

            2

            tube expR

            rBrBx

            r

            BBB

            dr

            d

            dr

            dp x

            48

            222

            exc

            222

            tube2exc 1

            28

            1xBr

            Rqp

            rpzpzyp excsi

            B

            x

            r

            B

            BX

            2πr

            95

            議論とまとめ

            結果の比較

            物理量 軸方向計算 断面方向計算

            初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

            総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

            初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

            磁束管の半径 1000 km

            初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

            1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

            減速した深さ -10000 km -5000 km

            96

            断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

            議論とまとめ

            3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

            軸磁場強度 Btube ~ 104 G

            総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

            考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

            倍 )

            将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

            97

            1 G = 10-4 T = 105 nT

            太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

            太陽と磁場

            Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

            98

            活動領域と浮上磁場

            活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

            磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

            太陽表面に出現することで活動領域を生じる

            Zwaan (1985)

            Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

            99

            磁気浮力と Parker 不安定性

            磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

            る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

            Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

            内圧 Pi 磁気圧 Pm

            外圧 Pe

            ggf ieb )(

            100

            活動領域と浮上磁場

            AR 10926

            101

            磁束浮上シミュレーション

            磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

            102

            対流層内部における近似計算

            ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

            た 細管近似

            対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

            物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

            Caligari et al (1995)

            103

            対流層内部における近似計算

            非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

            大きく上回る したがって音速を数値計算

            中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

            Fan (2001a)104

            対流層内部における近似計算 (22)

            しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

            細管近似は深さ数万 km で破たんする

            したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

            105

            浮上磁場シミュレーション

            光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

            的にコロナへ浮上

            対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

            Shibata et al (1989) 106

            光球付近での減速機構

            光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

            Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

            Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

            Magara (2001)

            107

            本研究の目的 (12)

            上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

            しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

            対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

            しかし近似は対流層上部で破たんする

            したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

            108

            本研究の目的 (22)

            そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

            対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

            典型波長 ~ 数 10 万 km

            典型波長 ~ 数 1000 km109

            本研究の目的

            減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

            2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

            典型波長 ~ 数 10 万 km

            典型波長 ~ 数 1000 km110

            数値モデル

            初期条件

            xH-400 0 400

            zH

            200

            100

            -200

            -100

            NX timesNZ

            =1536times1920

            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

            磁束の厚さD = 1000 km

            磁束の深さ -20000 km

            光球 (等温 ) = 対流安定

            111

            LX = 16 万 km

            LZ = 8 万 km

            数値モデル (22)

            対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

            無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

            速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

            時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

            密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

            圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

            温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

            磁場強度 B0 = 300 G 112

            数値モデル (23)

            初期条件 (z 方向分布 )

            磁場BX

            密度ρ

            圧力 p

            温度 T

            対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

            113

            数値モデル (24)

            境界条件

            -400 0 400

            200

            100

            -200

            -100

            周期境界 対称境界

            減衰領域

            x H0

            z H0

            114

            数値モデル (14)

            初期条件

            x H0

            -400 0 400

            z H0

            200

            100

            -200

            -100

            NZ=1920

            NX=1536

            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

            width D

            z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

            115

            減速の物理 (34)

            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

            116

            減速の物理 (34)

            磁束シート上のプラズマ

            シート上にプラズマが蓄積する

            磁束シートの浮上

            磁束シートが平らになる

            減速

            117

            光球付近における減速

            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

            磁場

            密度差

            磁場

            密度差密度差

            磁場

            118

            5 パラメータ研究

            119

            パラメータ研究 (111)

            磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

            総磁束量 Φ

            を変えた計算を行った

            総磁束量 Φ

            磁場強度 BX

            120

            パラメータ研究 (211)

            2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

            点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

            121

            パラメータ研究 (311)

            減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

            122

            パラメータ研究 (511)

            2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

            123

            パラメータ研究 (611)

            2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

            124

            パラメータ研究 (711)

            times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

            125

            パラメータ研究 (811)

            密度磁力線速度場126

            パラメータ研究 (911)

            対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

            EmagEkin lt 1

            127

            パラメータ研究 (1011)

            times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

            軸方向計算のまとめ

            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

            減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

            129

            断面方向計算のまとめ

            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

            減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

            130

            Resistive Emergence Model

            Pariat et al (2004) Model established through

            observations Isobe et al (2007)

            2D simulations Archontis amp Hood (2008)

            3D simulations131

            Preceding Studies(13)

            Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

            force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

            that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

            132

            Preceding Studies(23)

            Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

            persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

            133

            Preceding Studies(33)

            Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

            gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

            Pressure gradient Magnetic buoyancy force

            zzz pF BJg

            134

            Parameter Survey and Discussion (99)

            135

            Parameter Survey and Discussion (89)

            Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

            magnetic flux 104 G 1017 Mx

             rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

             rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

             rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

            Moreno-Insertis et al (1995)

            136

            3-1 Introduction of Miyagoshi et al

            137

            Introduction of Miyagoshi et al

            Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

            138

            Introduction of Miyagoshi et al

            Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

            twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

            139

            Introduction of Miyagoshi et al

            Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

            emerged

            q large direct emergence without a tongue

            q small two-step emergence with a tongue

            140

            Introduction of Miyagoshi et al

            Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

            141

            Introduction of Miyagoshi et al

            Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

            Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

            142

            Miyagoshi et al Murray et al (2006)

            Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

            Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

            Radius Rtube 5 25

            Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

            Initial depth ztube -10 -10

            Convection zone Unstable Neutrally stable

            Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

            Result Every q emerged q=01 failed

            Introduction of Miyagoshi et al

            Miyagoshi et al Initial condition

            plasma β = P Pmag lt 1

            at the tube top Strong tubehellip

            143

            Introduction of Miyagoshi et al

            Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

            on the initial twist q

            q large direct emergence

              Emag increases with q q small two-step emergence

              Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

            144

            dVB

            E corona

            2

            mag 8

            Setup and Results

            Conditions

            q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

            145

            Our case Murray et al (2006)

            Flux tube Gaussian type Gaussian type

            Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

            Radius Rtube 25 25

            Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

            Initial depth ztube -10 -10

            Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

            Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

            Result qlt01 failed q=01 failed

            セットアップと計算結果

            結果 (x=0)

            146

            セットアップと計算結果

            結果 (y=0)

            147

            • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
            • 内容
            • 内容 (2)
            • 太陽活動と磁場
            • 活動領域と浮上磁場
            • 活動領域と浮上磁場 (2)
            • 活動領域と浮上磁場 (3)
            • 活動領域と浮上磁場 (4)
            • 先行研究の概観
            • 浮上磁場研究の問題点課題
            • 本研究の目的
            • 内容 (3)
            • 2次元計算2つのモード
            • 内容 (4)
            • 2次元軸方向計算
            • Slide 16
            • 光球付近における減速
            • パラメータ研究
            • 内容 (5)
            • 25次元断面方向計算
            • Slide 21
            • パラメータ研究 (2)
            • 2次元計算のまとめ
            • 内容 (6)
            • 3次元浮上磁場計算
            • 3次元浮上磁場計算 (2)
            • 3次元浮上磁場計算 (3)
            • 3次元浮上磁場計算 (4)
            • 3次元浮上磁場計算 (5)
            • 3次元浮上磁場計算 (6)
            • 3次元浮上磁場計算 (7)
            • 3次元浮上磁場計算 (8)
            • 3次元浮上磁場計算 (9)
            • 3次元浮上磁場計算 (10)
            • 内容 (7)
            • まとめ
            • 今後の課題
            • Fin
            • 1 Introduction
            • 2 Previous 2D Works
            • 3 3D Calculation
            • 4 Summary and Future Works
            • 4 What to Study in HAO
            • What to Study in HAO
            • 2-4 2D Parameter Study
            • Parameter Study
            • Parameter Study (2)
            • Parameter Study (3)
            • Parameter Study BX-Φ too strong
            • Parameter Study (4)
            • Parameter Survey
            • Parameter Survey (2)
            • Parameter Survey BX-Φ weak
            • Parameter Survey (3)
            • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
            • Parameter Study (5)
            • Parameter Study (6)
            • Parameter Study typical case
            • Slide 59
            • Parameter Study BX strong
            • Slide 61
            • Parameter Study BX weak
            • Slide 63
            • Parameter Study (7)
            • Parameter Study q weak
            • Slide 66
            • 3-1 Setup and Results
            • Setup
            • 3-2 Summary of 3D Work
            • Appendix
            • Active Regions and Emerging Flux
            • Active Regions and Emerging Flux (2)
            • 2-1 2D calculations
            • Slide 74
            • Deceleration near the Surface
            • 2-2 Cross-sectional Calculation
            • 2-3 Summary of 2D Works
            • 2-2 Smaller-scale 3D Works
            • Results qH0=040 (rapid two-step)
            • Results qH0=015 (slow two-step)
            • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
            • Summary of 3D Work
            • Observation
            • Results qH0=005 (failed)
            • Results
            • Results (2)
            • Results (3)
            • Results (4)
            • Results (5)
            • Large-scale 3D calculation
            • Large-scale 3D calculation (2)
            • Large-scale 3D calculation (3)
            • Observation (2)
            • イントロダクション
            • 数値モデル
            • 議論とまとめ
            • 議論とまとめ (2)
            • 太陽と磁場
            • 活動領域と浮上磁場 (5)
            • 磁気浮力とParker不安定性
            • 活動領域と浮上磁場 (6)
            • 磁束浮上シミュレーション
            • 対流層内部における近似計算
            • 対流層内部における近似計算 (2)
            • 対流層内部における近似計算 (22)
            • 浮上磁場シミュレーション
            • 光球付近での減速機構
            • 本研究の目的 (12)
            • 本研究の目的 (22)
            • 本研究の目的 (4)
            • 数値モデル (2)
            • 数値モデル (22)
            • 数値モデル (23)
            • 数値モデル (24)
            • 数値モデル (14)
            • 減速の物理 (34)
            • 減速の物理 (34) (2)
            • 光球付近における減速 (2)
            • 5 パラメータ研究
            • パラメータ研究 (111)
            • パラメータ研究 (211)
            • パラメータ研究 (311)
            • パラメータ研究 (511)
            • パラメータ研究 (611)
            • パラメータ研究 (711)
            • パラメータ研究 (811)
            • パラメータ研究 (911)
            • パラメータ研究 (1011)
            • 軸方向計算のまとめ
            • 断面方向計算のまとめ
            • Resistive Emergence Model
            • Preceding Studies(13)
            • Preceding Studies(23)
            • Preceding Studies(33)
            • Parameter Survey and Discussion (99)
            • Parameter Survey and Discussion (89)
            • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
            • Introduction of Miyagoshi et al
            • Introduction of Miyagoshi et al (2)
            • Introduction of Miyagoshi et al (3)
            • Introduction of Miyagoshi et al (4)
            • Introduction of Miyagoshi et al (5)
            • Introduction of Miyagoshi et al (6)
            • Introduction of Miyagoshi et al (7)
            • Setup and Results
            • セットアップと計算結果
            • セットアップと計算結果 (2)

              活動領域と浮上磁場

              浮上磁場 太陽ダイナモの一部 磁気浮力によって対流層底部から

              浮上し表面に活動領域を作る

              7

              北極

              赤道面

              対流層

              放射層

              中心核

              Zwaan (1985)

              観測例 Strous amp Zwaan (1999)

              活動領域と浮上磁場

              8光球磁場 Hα 画像(彩層)

              垂直シートモデル各浮上イベントは垂直な平面内で生じる磁気要素の分裂とシア運動

              先行研究の概観

              9

              Moreno-Insertis (1996)

              先行研究 浮上磁場の理論研究は

              「対流層内部」と「外層大気」に二分されてきた

              大きなスケール差のため 今後は浮上磁場を一貫し

              て扱った研究が必要200000 km

              Fan (2001)

              問題点課題 太陽のグローバルな磁束の輸送過程とその結果としての活動

              領域形成の物理を知りたい しかし光学観測では太陽内部を見られない また理論研究は太陽内部上空大気に二分されていた 対流層から太陽表面を通じ上空に至る一貫した磁束輸送過程

              の理解がなされていない 特に表面付近における浮上磁場のダイナミクスや活動領域形

              成の様子が未解明

              浮上磁場研究の問題点課題

              10

              本研究の目的 太陽対流層の深さ 2 万 km からの磁束浮上 MHD 数値計算理論

              モデルの構築 対流層太陽表面上空大気を一貫して扱う(初めての試み) 深さ 2 万 km における磁束の存在条件を求める 対流層の厚さ 20 万 km に対して上部 10

              太陽内部の数値計算では深さ 2 万 km 程度までしか扱えない 従来の光球~上空の計算では深さ 2000 km 程度(従来の 10

              倍深い)

              本研究の目的

              11

              200000 km

              -20000 km

              内容

              1 イントロダクション2 これまでの研究について

              1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

              3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

              12

              2 次元計算 2 つのモード

              2 次元計算には 2 通りのモードが考えられる 軸方向計算  rarr 純粋な 2 次元計算 断面方向計算 rarr 奥行き成分をもつ「 25 次元計算」

              13

              x

              x

              y

              y

              z

              z

              z

              内容

              1 イントロダクション2 これまでの研究について

              1 2次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

              3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

              14

              2 次元軸方向計算

              セットアップ

              xH0

              zH0

              NX timesNZ

              =1536times1920

              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(底面積 Dtimes10D の直方体を仮定)

              磁束の厚さD = 1000 km

              磁束管の初期深度 -20000 km

              光球は等温成層= 対流安定

              15

              LX = 160000 km

              LZ = 80000 km

              -400 +400

              +200

              -200

              密度磁力線速度場16

              2 次元軸方向計算

              光球付近における減速

              磁束上の流体 磁束が浮上すると流体が磁束上に蓄積する 光球は対流安定なので流体は光球を突破できない蓄積した磁束上の流体が磁束の浮上を抑制する

              17

              パラメータ研究

              現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

              磁場強度 B = 104 G 総磁束量 Φ = 1021-1022 Mx

              18

              内容

              1 イントロダクション2 これまでの研究について

              1 2 次元軸方向計算2 25次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

              3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

              19

              25 次元断面方向計算

              セットアップ

              BX = 15times104 G Φ = 47times1020 Mx

              20

              LY = 160000 km

              LZ = 80000 km

              磁束管半径D = 1000 km

              磁束管初期深度 -20000 km

              yH0

              zH0

              NX timesNZ

              =1536times1920 -400 +400

              +200

              -200

              光球は等温成層= 対流安定

              21

              25 次元断面方向計算

              密度磁力線速度場

              パラメータ研究

              現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

              磁場強度 B = 15times104 G ねじれ強度 gt 50times10-4 km -1

              22

              +=

              2 次元計算のまとめ

              深さ 2 万 km からの磁束浮上計算 光球付近で減速し水平に広がった構造を形成する B = 104 G Φ = 1021-1022 Mx ねじれ gt 50times10-4 km-1

              減速の物理 磁束上の流体は光球面を突破しづらいため下方の磁束を抑制する

              軸方向計算と断面方向計算断面方向の浮上が速い 断面計算では磁束上の流体が流れ落ちるため

              3 次元計算の困難さ グリッド数が膨大になる( N = 106 rarr 109 )

              23

              内容

              1 イントロダクション2 これまでの研究について

              1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

              3 3次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

              24

              3 次元浮上磁場計算

              セットアップ 2 次元計算と同じ初期条件

              25-400 xH0 +400

              zH0

              +250

              -200 yH0-200

              +200

              LX = 160000 km

              LZ = 90000 km

              NX timesNYtimesNZ

              =512times256times1024=108 (非一様グリッド)

              LY = 80000 km

              3 次元浮上磁場計算

              磁場強度 log(BB0)

              26

              bullxlt0 ygt0 のみ表示bull表面付近で水平に広がった構造をとるbull上空に複数の磁気ドームを形成する

              3 次元浮上磁場計算

              磁束高度浮上速度の時間発展

              27

              3 次元浮上磁場計算

              光球面磁場 BZB0

              28

              Fan (2001)

              3 次元浮上磁場計算

              光球面磁場 BZB0 と磁力線

              29

              bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

              3 次元浮上磁場計算

              結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

              30

              3 次元浮上磁場計算

              議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

              された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

              される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

              ているようではない

              31

              Zwaan (1985)

              3 次元浮上磁場計算

              議論 光球面で「交換モード不安定」によ

              る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

              32Strous amp Zwaan (1999)

              3 次元浮上磁場計算

              議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

              が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

              33

              3 次元浮上磁場計算

              議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

              浮上するとフットポイントが移動する

              34

              Outer fields Inner fields

              内容

              1 イントロダクション2 これまでの研究について

              1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

              3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

              35

              まとめ

              深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

              磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

              36

              観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

              光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

              今後の課題

              複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

              黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

              パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

              輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

              37

              FinThank you for your attention

              1 Introduction

              39

              2 Previous 2D Works

              40

              3 3D Calculation

              41

              4 Summary and Future Works

              42

              4 What to Study in HAO

              43

              What to Study in HAO

              Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

              Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

              Others Interaction between emerging flux and the convection

              44

              2-4 2D Parameter Study

              45

              Parameter Study

              Varying

              Field strength BX

              Total flux Φ

              to study the condition of the flux emergence

              Total flux Φ

              Field strength BX

              46

              Parameter Study

              two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

              dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

              47

              Parameter Study

              Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

              48

              Parameter Study BX-Φ too strong

              49

              Density field lines and velocity vectors

              Parameter Study

              Two-step emergencebullfield strength is too strong

              50

              Parameter Survey

              Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

              51

              Parameter Survey

              times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

              52

              Parameter Survey BX-Φ weak

              53

              Density field lines and velocity vectors

              Parameter Survey

              times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

              54

              Parameter Survey BX-Φ weak

              55

              Density field lines and velocity vectors

              Parameter Study

              Varying

              Field strength BX

              Initial twist q

              to study the condition of the flux emergence

              Initial twist q

              Field strength BX

              56

              Parameter Study

              Varying axial field strength BX

              57

              Parameter Study typical case

              Varying axial field strength BX

              58

              59

              Density Field Lines and Velocity Vectors

              Parameter Study typical case

              Parameter Study BX strong

              Varying axial field strength BX

              60

              61

              Density Field Lines and Velocity Vectors

              Parameter Study BX strong

              Parameter Study BX weak

              Varying axial field strength BX

              62

              63

              Density Field Lines and Velocity Vectors

              Parameter Study BX weak

              Parameter Study

              Varying initial twist q

              64

              Parameter Study q weak

              Varying initial twist q

              65

              66

              Density Field Lines and Velocity Vectors

              Parameter Study q weak

              3-1 Setup and Results

              67

              Setup

              Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

              qH0=01 case rarr

              68

              rqrBrB x

              2

              tube

              2

              tube expR

              rBrBx

              3-2 Summary of 3D Work

              69

              Appendix

              70

              Active Regions and Emerging Flux

              71

              North Pole

              Equator

              Convection Zone

              Radiative Zone

              Core

              Zwaan (1985)

              Active Regions and Emerging Flux

              Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

              (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

              72

              North Pole

              Equator

              Convection Zone

              Radiative Zone

              Core

              2-1 2D calculations

              73

              Apex of the Emerging Loop

              Height Zapex

              Rise Velocity VZapex

              Surfacerarr

              74

              -20000 kmrarr

              Axial Calculation Results

              Magneticflux

              Accumulateddensity

              Magneticflux

              Accumulateddensity

              Accumulateddensity

              Magneticflux

              Deceleration near the Surface

              Accumulated density

              75

              0 t

              2-2 Cross-sectional Calculation

              76

              2-3 Summary of 2D Works

              77

              2-2 Smaller-scale 3D Works

              78

              Results qH0=040 (rapid two-step)

              79

              Results qH0=015 (slow two-step)

              80

              Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

              81

              Results qH0=015 (slow two-step)

              Logarithmic density

              Summary of 3D Work

              Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

              Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

              82

              Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

              decelerates and

              expands horizontally

              Otsuji et al (2010)83

              Observation

              Results qH0=005 (failed)

              84

              Results

              Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

              85

              q large

              q small

              Results

              Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

              86

              Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

              Results

              Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

              87

              Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

              Results

              Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

              q large obeys the initial

              q2 law because the tube

              keeps its coherency q small Emag increases

              because it takes more time

              to emerge to the corona

              and Emag is stored in the

              photospheric tongue 88

              dVB

              Ez

              0

              2

              mag 8

              Results

              Cross-section when

              the apex reaches zH0=40

              89

              Large-scale 3D calculation

              Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

              90

              Large-scale 3D calculation

              Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

              91

              Large-scale 3D calculation

              Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

              92

              Observation

              Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

              decelerates and

              expands horizontally

              Otsuji et al (2010)93

              イントロダクション

              ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

              考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

              (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

              94

              数値モデル

              初期磁束管 exp型分布

              ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

              磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

              磁束管の内部圧力を

                と表すこのとき force balance

               が保たれるよう

               とする

              rqrBrB x

              2

              tube

              2

              tube expR

              rBrBx

              r

              BBB

              dr

              d

              dr

              dp x

              48

              222

              exc

              222

              tube2exc 1

              28

              1xBr

              Rqp

              rpzpzyp excsi

              B

              x

              r

              B

              BX

              2πr

              95

              議論とまとめ

              結果の比較

              物理量 軸方向計算 断面方向計算

              初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

              総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

              初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

              磁束管の半径 1000 km

              初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

              1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

              減速した深さ -10000 km -5000 km

              96

              断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

              議論とまとめ

              3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

              軸磁場強度 Btube ~ 104 G

              総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

              考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

              倍 )

              将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

              97

              1 G = 10-4 T = 105 nT

              太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

              太陽と磁場

              Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

              98

              活動領域と浮上磁場

              活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

              磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

              太陽表面に出現することで活動領域を生じる

              Zwaan (1985)

              Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

              99

              磁気浮力と Parker 不安定性

              磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

              る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

              Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

              内圧 Pi 磁気圧 Pm

              外圧 Pe

              ggf ieb )(

              100

              活動領域と浮上磁場

              AR 10926

              101

              磁束浮上シミュレーション

              磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

              102

              対流層内部における近似計算

              ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

              た 細管近似

              対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

              物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

              Caligari et al (1995)

              103

              対流層内部における近似計算

              非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

              大きく上回る したがって音速を数値計算

              中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

              Fan (2001a)104

              対流層内部における近似計算 (22)

              しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

              細管近似は深さ数万 km で破たんする

              したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

              105

              浮上磁場シミュレーション

              光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

              的にコロナへ浮上

              対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

              Shibata et al (1989) 106

              光球付近での減速機構

              光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

              Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

              Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

              Magara (2001)

              107

              本研究の目的 (12)

              上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

              しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

              対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

              しかし近似は対流層上部で破たんする

              したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

              108

              本研究の目的 (22)

              そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

              対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

              典型波長 ~ 数 10 万 km

              典型波長 ~ 数 1000 km109

              本研究の目的

              減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

              2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

              典型波長 ~ 数 10 万 km

              典型波長 ~ 数 1000 km110

              数値モデル

              初期条件

              xH-400 0 400

              zH

              200

              100

              -200

              -100

              NX timesNZ

              =1536times1920

              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

              磁束の厚さD = 1000 km

              磁束の深さ -20000 km

              光球 (等温 ) = 対流安定

              111

              LX = 16 万 km

              LZ = 8 万 km

              数値モデル (22)

              対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

              無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

              速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

              時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

              密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

              圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

              温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

              磁場強度 B0 = 300 G 112

              数値モデル (23)

              初期条件 (z 方向分布 )

              磁場BX

              密度ρ

              圧力 p

              温度 T

              対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

              113

              数値モデル (24)

              境界条件

              -400 0 400

              200

              100

              -200

              -100

              周期境界 対称境界

              減衰領域

              x H0

              z H0

              114

              数値モデル (14)

              初期条件

              x H0

              -400 0 400

              z H0

              200

              100

              -200

              -100

              NZ=1920

              NX=1536

              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

              width D

              z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

              115

              減速の物理 (34)

              磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

              116

              減速の物理 (34)

              磁束シート上のプラズマ

              シート上にプラズマが蓄積する

              磁束シートの浮上

              磁束シートが平らになる

              減速

              117

              光球付近における減速

              磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

              磁場

              密度差

              磁場

              密度差密度差

              磁場

              118

              5 パラメータ研究

              119

              パラメータ研究 (111)

              磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

              総磁束量 Φ

              を変えた計算を行った

              総磁束量 Φ

              磁場強度 BX

              120

              パラメータ研究 (211)

              2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

              点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

              121

              パラメータ研究 (311)

              減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

              122

              パラメータ研究 (511)

              2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

              123

              パラメータ研究 (611)

              2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

              124

              パラメータ研究 (711)

              times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

              125

              パラメータ研究 (811)

              密度磁力線速度場126

              パラメータ研究 (911)

              対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

              EmagEkin lt 1

              127

              パラメータ研究 (1011)

              times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

              軸方向計算のまとめ

              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

              減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

              129

              断面方向計算のまとめ

              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

              減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

              130

              Resistive Emergence Model

              Pariat et al (2004) Model established through

              observations Isobe et al (2007)

              2D simulations Archontis amp Hood (2008)

              3D simulations131

              Preceding Studies(13)

              Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

              force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

              that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

              132

              Preceding Studies(23)

              Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

              persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

              133

              Preceding Studies(33)

              Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

              gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

              Pressure gradient Magnetic buoyancy force

              zzz pF BJg

              134

              Parameter Survey and Discussion (99)

              135

              Parameter Survey and Discussion (89)

              Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

              magnetic flux 104 G 1017 Mx

               rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

               rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

               rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

              Moreno-Insertis et al (1995)

              136

              3-1 Introduction of Miyagoshi et al

              137

              Introduction of Miyagoshi et al

              Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

              138

              Introduction of Miyagoshi et al

              Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

              twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

              139

              Introduction of Miyagoshi et al

              Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

              emerged

              q large direct emergence without a tongue

              q small two-step emergence with a tongue

              140

              Introduction of Miyagoshi et al

              Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

              141

              Introduction of Miyagoshi et al

              Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

              Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

              142

              Miyagoshi et al Murray et al (2006)

              Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

              Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

              Radius Rtube 5 25

              Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

              Initial depth ztube -10 -10

              Convection zone Unstable Neutrally stable

              Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

              Result Every q emerged q=01 failed

              Introduction of Miyagoshi et al

              Miyagoshi et al Initial condition

              plasma β = P Pmag lt 1

              at the tube top Strong tubehellip

              143

              Introduction of Miyagoshi et al

              Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

              on the initial twist q

              q large direct emergence

                Emag increases with q q small two-step emergence

                Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

              144

              dVB

              E corona

              2

              mag 8

              Setup and Results

              Conditions

              q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

              145

              Our case Murray et al (2006)

              Flux tube Gaussian type Gaussian type

              Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

              Radius Rtube 25 25

              Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

              Initial depth ztube -10 -10

              Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

              Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

              Result qlt01 failed q=01 failed

              セットアップと計算結果

              結果 (x=0)

              146

              セットアップと計算結果

              結果 (y=0)

              147

              • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
              • 内容
              • 内容 (2)
              • 太陽活動と磁場
              • 活動領域と浮上磁場
              • 活動領域と浮上磁場 (2)
              • 活動領域と浮上磁場 (3)
              • 活動領域と浮上磁場 (4)
              • 先行研究の概観
              • 浮上磁場研究の問題点課題
              • 本研究の目的
              • 内容 (3)
              • 2次元計算2つのモード
              • 内容 (4)
              • 2次元軸方向計算
              • Slide 16
              • 光球付近における減速
              • パラメータ研究
              • 内容 (5)
              • 25次元断面方向計算
              • Slide 21
              • パラメータ研究 (2)
              • 2次元計算のまとめ
              • 内容 (6)
              • 3次元浮上磁場計算
              • 3次元浮上磁場計算 (2)
              • 3次元浮上磁場計算 (3)
              • 3次元浮上磁場計算 (4)
              • 3次元浮上磁場計算 (5)
              • 3次元浮上磁場計算 (6)
              • 3次元浮上磁場計算 (7)
              • 3次元浮上磁場計算 (8)
              • 3次元浮上磁場計算 (9)
              • 3次元浮上磁場計算 (10)
              • 内容 (7)
              • まとめ
              • 今後の課題
              • Fin
              • 1 Introduction
              • 2 Previous 2D Works
              • 3 3D Calculation
              • 4 Summary and Future Works
              • 4 What to Study in HAO
              • What to Study in HAO
              • 2-4 2D Parameter Study
              • Parameter Study
              • Parameter Study (2)
              • Parameter Study (3)
              • Parameter Study BX-Φ too strong
              • Parameter Study (4)
              • Parameter Survey
              • Parameter Survey (2)
              • Parameter Survey BX-Φ weak
              • Parameter Survey (3)
              • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
              • Parameter Study (5)
              • Parameter Study (6)
              • Parameter Study typical case
              • Slide 59
              • Parameter Study BX strong
              • Slide 61
              • Parameter Study BX weak
              • Slide 63
              • Parameter Study (7)
              • Parameter Study q weak
              • Slide 66
              • 3-1 Setup and Results
              • Setup
              • 3-2 Summary of 3D Work
              • Appendix
              • Active Regions and Emerging Flux
              • Active Regions and Emerging Flux (2)
              • 2-1 2D calculations
              • Slide 74
              • Deceleration near the Surface
              • 2-2 Cross-sectional Calculation
              • 2-3 Summary of 2D Works
              • 2-2 Smaller-scale 3D Works
              • Results qH0=040 (rapid two-step)
              • Results qH0=015 (slow two-step)
              • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
              • Summary of 3D Work
              • Observation
              • Results qH0=005 (failed)
              • Results
              • Results (2)
              • Results (3)
              • Results (4)
              • Results (5)
              • Large-scale 3D calculation
              • Large-scale 3D calculation (2)
              • Large-scale 3D calculation (3)
              • Observation (2)
              • イントロダクション
              • 数値モデル
              • 議論とまとめ
              • 議論とまとめ (2)
              • 太陽と磁場
              • 活動領域と浮上磁場 (5)
              • 磁気浮力とParker不安定性
              • 活動領域と浮上磁場 (6)
              • 磁束浮上シミュレーション
              • 対流層内部における近似計算
              • 対流層内部における近似計算 (2)
              • 対流層内部における近似計算 (22)
              • 浮上磁場シミュレーション
              • 光球付近での減速機構
              • 本研究の目的 (12)
              • 本研究の目的 (22)
              • 本研究の目的 (4)
              • 数値モデル (2)
              • 数値モデル (22)
              • 数値モデル (23)
              • 数値モデル (24)
              • 数値モデル (14)
              • 減速の物理 (34)
              • 減速の物理 (34) (2)
              • 光球付近における減速 (2)
              • 5 パラメータ研究
              • パラメータ研究 (111)
              • パラメータ研究 (211)
              • パラメータ研究 (311)
              • パラメータ研究 (511)
              • パラメータ研究 (611)
              • パラメータ研究 (711)
              • パラメータ研究 (811)
              • パラメータ研究 (911)
              • パラメータ研究 (1011)
              • 軸方向計算のまとめ
              • 断面方向計算のまとめ
              • Resistive Emergence Model
              • Preceding Studies(13)
              • Preceding Studies(23)
              • Preceding Studies(33)
              • Parameter Survey and Discussion (99)
              • Parameter Survey and Discussion (89)
              • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
              • Introduction of Miyagoshi et al
              • Introduction of Miyagoshi et al (2)
              • Introduction of Miyagoshi et al (3)
              • Introduction of Miyagoshi et al (4)
              • Introduction of Miyagoshi et al (5)
              • Introduction of Miyagoshi et al (6)
              • Introduction of Miyagoshi et al (7)
              • Setup and Results
              • セットアップと計算結果
              • セットアップと計算結果 (2)

                観測例 Strous amp Zwaan (1999)

                活動領域と浮上磁場

                8光球磁場 Hα 画像(彩層)

                垂直シートモデル各浮上イベントは垂直な平面内で生じる磁気要素の分裂とシア運動

                先行研究の概観

                9

                Moreno-Insertis (1996)

                先行研究 浮上磁場の理論研究は

                「対流層内部」と「外層大気」に二分されてきた

                大きなスケール差のため 今後は浮上磁場を一貫し

                て扱った研究が必要200000 km

                Fan (2001)

                問題点課題 太陽のグローバルな磁束の輸送過程とその結果としての活動

                領域形成の物理を知りたい しかし光学観測では太陽内部を見られない また理論研究は太陽内部上空大気に二分されていた 対流層から太陽表面を通じ上空に至る一貫した磁束輸送過程

                の理解がなされていない 特に表面付近における浮上磁場のダイナミクスや活動領域形

                成の様子が未解明

                浮上磁場研究の問題点課題

                10

                本研究の目的 太陽対流層の深さ 2 万 km からの磁束浮上 MHD 数値計算理論

                モデルの構築 対流層太陽表面上空大気を一貫して扱う(初めての試み) 深さ 2 万 km における磁束の存在条件を求める 対流層の厚さ 20 万 km に対して上部 10

                太陽内部の数値計算では深さ 2 万 km 程度までしか扱えない 従来の光球~上空の計算では深さ 2000 km 程度(従来の 10

                倍深い)

                本研究の目的

                11

                200000 km

                -20000 km

                内容

                1 イントロダクション2 これまでの研究について

                1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                12

                2 次元計算 2 つのモード

                2 次元計算には 2 通りのモードが考えられる 軸方向計算  rarr 純粋な 2 次元計算 断面方向計算 rarr 奥行き成分をもつ「 25 次元計算」

                13

                x

                x

                y

                y

                z

                z

                z

                内容

                1 イントロダクション2 これまでの研究について

                1 2次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                14

                2 次元軸方向計算

                セットアップ

                xH0

                zH0

                NX timesNZ

                =1536times1920

                BX = 104 G Φ = 1021 Mx(底面積 Dtimes10D の直方体を仮定)

                磁束の厚さD = 1000 km

                磁束管の初期深度 -20000 km

                光球は等温成層= 対流安定

                15

                LX = 160000 km

                LZ = 80000 km

                -400 +400

                +200

                -200

                密度磁力線速度場16

                2 次元軸方向計算

                光球付近における減速

                磁束上の流体 磁束が浮上すると流体が磁束上に蓄積する 光球は対流安定なので流体は光球を突破できない蓄積した磁束上の流体が磁束の浮上を抑制する

                17

                パラメータ研究

                現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

                磁場強度 B = 104 G 総磁束量 Φ = 1021-1022 Mx

                18

                内容

                1 イントロダクション2 これまでの研究について

                1 2 次元軸方向計算2 25次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                19

                25 次元断面方向計算

                セットアップ

                BX = 15times104 G Φ = 47times1020 Mx

                20

                LY = 160000 km

                LZ = 80000 km

                磁束管半径D = 1000 km

                磁束管初期深度 -20000 km

                yH0

                zH0

                NX timesNZ

                =1536times1920 -400 +400

                +200

                -200

                光球は等温成層= 対流安定

                21

                25 次元断面方向計算

                密度磁力線速度場

                パラメータ研究

                現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

                磁場強度 B = 15times104 G ねじれ強度 gt 50times10-4 km -1

                22

                +=

                2 次元計算のまとめ

                深さ 2 万 km からの磁束浮上計算 光球付近で減速し水平に広がった構造を形成する B = 104 G Φ = 1021-1022 Mx ねじれ gt 50times10-4 km-1

                減速の物理 磁束上の流体は光球面を突破しづらいため下方の磁束を抑制する

                軸方向計算と断面方向計算断面方向の浮上が速い 断面計算では磁束上の流体が流れ落ちるため

                3 次元計算の困難さ グリッド数が膨大になる( N = 106 rarr 109 )

                23

                内容

                1 イントロダクション2 これまでの研究について

                1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                3 3次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                24

                3 次元浮上磁場計算

                セットアップ 2 次元計算と同じ初期条件

                25-400 xH0 +400

                zH0

                +250

                -200 yH0-200

                +200

                LX = 160000 km

                LZ = 90000 km

                NX timesNYtimesNZ

                =512times256times1024=108 (非一様グリッド)

                LY = 80000 km

                3 次元浮上磁場計算

                磁場強度 log(BB0)

                26

                bullxlt0 ygt0 のみ表示bull表面付近で水平に広がった構造をとるbull上空に複数の磁気ドームを形成する

                3 次元浮上磁場計算

                磁束高度浮上速度の時間発展

                27

                3 次元浮上磁場計算

                光球面磁場 BZB0

                28

                Fan (2001)

                3 次元浮上磁場計算

                光球面磁場 BZB0 と磁力線

                29

                bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

                3 次元浮上磁場計算

                結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

                30

                3 次元浮上磁場計算

                議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

                された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

                される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

                ているようではない

                31

                Zwaan (1985)

                3 次元浮上磁場計算

                議論 光球面で「交換モード不安定」によ

                る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

                32Strous amp Zwaan (1999)

                3 次元浮上磁場計算

                議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

                が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

                33

                3 次元浮上磁場計算

                議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

                浮上するとフットポイントが移動する

                34

                Outer fields Inner fields

                内容

                1 イントロダクション2 これまでの研究について

                1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                35

                まとめ

                深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                36

                観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                今後の課題

                複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                37

                FinThank you for your attention

                1 Introduction

                39

                2 Previous 2D Works

                40

                3 3D Calculation

                41

                4 Summary and Future Works

                42

                4 What to Study in HAO

                43

                What to Study in HAO

                Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                Others Interaction between emerging flux and the convection

                44

                2-4 2D Parameter Study

                45

                Parameter Study

                Varying

                Field strength BX

                Total flux Φ

                to study the condition of the flux emergence

                Total flux Φ

                Field strength BX

                46

                Parameter Study

                two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                47

                Parameter Study

                Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                48

                Parameter Study BX-Φ too strong

                49

                Density field lines and velocity vectors

                Parameter Study

                Two-step emergencebullfield strength is too strong

                50

                Parameter Survey

                Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                51

                Parameter Survey

                times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                52

                Parameter Survey BX-Φ weak

                53

                Density field lines and velocity vectors

                Parameter Survey

                times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                54

                Parameter Survey BX-Φ weak

                55

                Density field lines and velocity vectors

                Parameter Study

                Varying

                Field strength BX

                Initial twist q

                to study the condition of the flux emergence

                Initial twist q

                Field strength BX

                56

                Parameter Study

                Varying axial field strength BX

                57

                Parameter Study typical case

                Varying axial field strength BX

                58

                59

                Density Field Lines and Velocity Vectors

                Parameter Study typical case

                Parameter Study BX strong

                Varying axial field strength BX

                60

                61

                Density Field Lines and Velocity Vectors

                Parameter Study BX strong

                Parameter Study BX weak

                Varying axial field strength BX

                62

                63

                Density Field Lines and Velocity Vectors

                Parameter Study BX weak

                Parameter Study

                Varying initial twist q

                64

                Parameter Study q weak

                Varying initial twist q

                65

                66

                Density Field Lines and Velocity Vectors

                Parameter Study q weak

                3-1 Setup and Results

                67

                Setup

                Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                qH0=01 case rarr

                68

                rqrBrB x

                2

                tube

                2

                tube expR

                rBrBx

                3-2 Summary of 3D Work

                69

                Appendix

                70

                Active Regions and Emerging Flux

                71

                North Pole

                Equator

                Convection Zone

                Radiative Zone

                Core

                Zwaan (1985)

                Active Regions and Emerging Flux

                Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                72

                North Pole

                Equator

                Convection Zone

                Radiative Zone

                Core

                2-1 2D calculations

                73

                Apex of the Emerging Loop

                Height Zapex

                Rise Velocity VZapex

                Surfacerarr

                74

                -20000 kmrarr

                Axial Calculation Results

                Magneticflux

                Accumulateddensity

                Magneticflux

                Accumulateddensity

                Accumulateddensity

                Magneticflux

                Deceleration near the Surface

                Accumulated density

                75

                0 t

                2-2 Cross-sectional Calculation

                76

                2-3 Summary of 2D Works

                77

                2-2 Smaller-scale 3D Works

                78

                Results qH0=040 (rapid two-step)

                79

                Results qH0=015 (slow two-step)

                80

                Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                81

                Results qH0=015 (slow two-step)

                Logarithmic density

                Summary of 3D Work

                Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                82

                Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                decelerates and

                expands horizontally

                Otsuji et al (2010)83

                Observation

                Results qH0=005 (failed)

                84

                Results

                Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                85

                q large

                q small

                Results

                Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                86

                Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                Results

                Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                87

                Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                Results

                Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                q large obeys the initial

                q2 law because the tube

                keeps its coherency q small Emag increases

                because it takes more time

                to emerge to the corona

                and Emag is stored in the

                photospheric tongue 88

                dVB

                Ez

                0

                2

                mag 8

                Results

                Cross-section when

                the apex reaches zH0=40

                89

                Large-scale 3D calculation

                Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                90

                Large-scale 3D calculation

                Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                91

                Large-scale 3D calculation

                Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                92

                Observation

                Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                decelerates and

                expands horizontally

                Otsuji et al (2010)93

                イントロダクション

                ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                94

                数値モデル

                初期磁束管 exp型分布

                ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                磁束管の内部圧力を

                  と表すこのとき force balance

                 が保たれるよう

                 とする

                rqrBrB x

                2

                tube

                2

                tube expR

                rBrBx

                r

                BBB

                dr

                d

                dr

                dp x

                48

                222

                exc

                222

                tube2exc 1

                28

                1xBr

                Rqp

                rpzpzyp excsi

                B

                x

                r

                B

                BX

                2πr

                95

                議論とまとめ

                結果の比較

                物理量 軸方向計算 断面方向計算

                初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                磁束管の半径 1000 km

                初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                減速した深さ -10000 km -5000 km

                96

                断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                議論とまとめ

                3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                倍 )

                将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                97

                1 G = 10-4 T = 105 nT

                太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                太陽と磁場

                Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                98

                活動領域と浮上磁場

                活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                Zwaan (1985)

                Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                99

                磁気浮力と Parker 不安定性

                磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                内圧 Pi 磁気圧 Pm

                外圧 Pe

                ggf ieb )(

                100

                活動領域と浮上磁場

                AR 10926

                101

                磁束浮上シミュレーション

                磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                102

                対流層内部における近似計算

                ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                た 細管近似

                対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                Caligari et al (1995)

                103

                対流層内部における近似計算

                非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                大きく上回る したがって音速を数値計算

                中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                Fan (2001a)104

                対流層内部における近似計算 (22)

                しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                細管近似は深さ数万 km で破たんする

                したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                105

                浮上磁場シミュレーション

                光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                的にコロナへ浮上

                対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                Shibata et al (1989) 106

                光球付近での減速機構

                光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                Magara (2001)

                107

                本研究の目的 (12)

                上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                しかし近似は対流層上部で破たんする

                したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                108

                本研究の目的 (22)

                そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                典型波長 ~ 数 10 万 km

                典型波長 ~ 数 1000 km109

                本研究の目的

                減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                典型波長 ~ 数 10 万 km

                典型波長 ~ 数 1000 km110

                数値モデル

                初期条件

                xH-400 0 400

                zH

                200

                100

                -200

                -100

                NX timesNZ

                =1536times1920

                BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                磁束の厚さD = 1000 km

                磁束の深さ -20000 km

                光球 (等温 ) = 対流安定

                111

                LX = 16 万 km

                LZ = 8 万 km

                数値モデル (22)

                対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                磁場強度 B0 = 300 G 112

                数値モデル (23)

                初期条件 (z 方向分布 )

                磁場BX

                密度ρ

                圧力 p

                温度 T

                対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                113

                数値モデル (24)

                境界条件

                -400 0 400

                200

                100

                -200

                -100

                周期境界 対称境界

                減衰領域

                x H0

                z H0

                114

                数値モデル (14)

                初期条件

                x H0

                -400 0 400

                z H0

                200

                100

                -200

                -100

                NZ=1920

                NX=1536

                BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                width D

                z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                115

                減速の物理 (34)

                磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                116

                減速の物理 (34)

                磁束シート上のプラズマ

                シート上にプラズマが蓄積する

                磁束シートの浮上

                磁束シートが平らになる

                減速

                117

                光球付近における減速

                磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                磁場

                密度差

                磁場

                密度差密度差

                磁場

                118

                5 パラメータ研究

                119

                パラメータ研究 (111)

                磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                総磁束量 Φ

                を変えた計算を行った

                総磁束量 Φ

                磁場強度 BX

                120

                パラメータ研究 (211)

                2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                121

                パラメータ研究 (311)

                減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                122

                パラメータ研究 (511)

                2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                123

                パラメータ研究 (611)

                2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                124

                パラメータ研究 (711)

                times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                125

                パラメータ研究 (811)

                密度磁力線速度場126

                パラメータ研究 (911)

                対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                EmagEkin lt 1

                127

                パラメータ研究 (1011)

                times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                軸方向計算のまとめ

                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                129

                断面方向計算のまとめ

                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                130

                Resistive Emergence Model

                Pariat et al (2004) Model established through

                observations Isobe et al (2007)

                2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                3D simulations131

                Preceding Studies(13)

                Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                132

                Preceding Studies(23)

                Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                133

                Preceding Studies(33)

                Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                zzz pF BJg

                134

                Parameter Survey and Discussion (99)

                135

                Parameter Survey and Discussion (89)

                Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                magnetic flux 104 G 1017 Mx

                 rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                 rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                 rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                Moreno-Insertis et al (1995)

                136

                3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                137

                Introduction of Miyagoshi et al

                Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                138

                Introduction of Miyagoshi et al

                Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                139

                Introduction of Miyagoshi et al

                Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                emerged

                q large direct emergence without a tongue

                q small two-step emergence with a tongue

                140

                Introduction of Miyagoshi et al

                Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                141

                Introduction of Miyagoshi et al

                Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                142

                Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                Radius Rtube 5 25

                Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                Initial depth ztube -10 -10

                Convection zone Unstable Neutrally stable

                Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                Result Every q emerged q=01 failed

                Introduction of Miyagoshi et al

                Miyagoshi et al Initial condition

                plasma β = P Pmag lt 1

                at the tube top Strong tubehellip

                143

                Introduction of Miyagoshi et al

                Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                on the initial twist q

                q large direct emergence

                  Emag increases with q q small two-step emergence

                  Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                144

                dVB

                E corona

                2

                mag 8

                Setup and Results

                Conditions

                q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                145

                Our case Murray et al (2006)

                Flux tube Gaussian type Gaussian type

                Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                Radius Rtube 25 25

                Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                Initial depth ztube -10 -10

                Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                Result qlt01 failed q=01 failed

                セットアップと計算結果

                結果 (x=0)

                146

                セットアップと計算結果

                結果 (y=0)

                147

                • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                • 内容
                • 内容 (2)
                • 太陽活動と磁場
                • 活動領域と浮上磁場
                • 活動領域と浮上磁場 (2)
                • 活動領域と浮上磁場 (3)
                • 活動領域と浮上磁場 (4)
                • 先行研究の概観
                • 浮上磁場研究の問題点課題
                • 本研究の目的
                • 内容 (3)
                • 2次元計算2つのモード
                • 内容 (4)
                • 2次元軸方向計算
                • Slide 16
                • 光球付近における減速
                • パラメータ研究
                • 内容 (5)
                • 25次元断面方向計算
                • Slide 21
                • パラメータ研究 (2)
                • 2次元計算のまとめ
                • 内容 (6)
                • 3次元浮上磁場計算
                • 3次元浮上磁場計算 (2)
                • 3次元浮上磁場計算 (3)
                • 3次元浮上磁場計算 (4)
                • 3次元浮上磁場計算 (5)
                • 3次元浮上磁場計算 (6)
                • 3次元浮上磁場計算 (7)
                • 3次元浮上磁場計算 (8)
                • 3次元浮上磁場計算 (9)
                • 3次元浮上磁場計算 (10)
                • 内容 (7)
                • まとめ
                • 今後の課題
                • Fin
                • 1 Introduction
                • 2 Previous 2D Works
                • 3 3D Calculation
                • 4 Summary and Future Works
                • 4 What to Study in HAO
                • What to Study in HAO
                • 2-4 2D Parameter Study
                • Parameter Study
                • Parameter Study (2)
                • Parameter Study (3)
                • Parameter Study BX-Φ too strong
                • Parameter Study (4)
                • Parameter Survey
                • Parameter Survey (2)
                • Parameter Survey BX-Φ weak
                • Parameter Survey (3)
                • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                • Parameter Study (5)
                • Parameter Study (6)
                • Parameter Study typical case
                • Slide 59
                • Parameter Study BX strong
                • Slide 61
                • Parameter Study BX weak
                • Slide 63
                • Parameter Study (7)
                • Parameter Study q weak
                • Slide 66
                • 3-1 Setup and Results
                • Setup
                • 3-2 Summary of 3D Work
                • Appendix
                • Active Regions and Emerging Flux
                • Active Regions and Emerging Flux (2)
                • 2-1 2D calculations
                • Slide 74
                • Deceleration near the Surface
                • 2-2 Cross-sectional Calculation
                • 2-3 Summary of 2D Works
                • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                • Results qH0=040 (rapid two-step)
                • Results qH0=015 (slow two-step)
                • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                • Summary of 3D Work
                • Observation
                • Results qH0=005 (failed)
                • Results
                • Results (2)
                • Results (3)
                • Results (4)
                • Results (5)
                • Large-scale 3D calculation
                • Large-scale 3D calculation (2)
                • Large-scale 3D calculation (3)
                • Observation (2)
                • イントロダクション
                • 数値モデル
                • 議論とまとめ
                • 議論とまとめ (2)
                • 太陽と磁場
                • 活動領域と浮上磁場 (5)
                • 磁気浮力とParker不安定性
                • 活動領域と浮上磁場 (6)
                • 磁束浮上シミュレーション
                • 対流層内部における近似計算
                • 対流層内部における近似計算 (2)
                • 対流層内部における近似計算 (22)
                • 浮上磁場シミュレーション
                • 光球付近での減速機構
                • 本研究の目的 (12)
                • 本研究の目的 (22)
                • 本研究の目的 (4)
                • 数値モデル (2)
                • 数値モデル (22)
                • 数値モデル (23)
                • 数値モデル (24)
                • 数値モデル (14)
                • 減速の物理 (34)
                • 減速の物理 (34) (2)
                • 光球付近における減速 (2)
                • 5 パラメータ研究
                • パラメータ研究 (111)
                • パラメータ研究 (211)
                • パラメータ研究 (311)
                • パラメータ研究 (511)
                • パラメータ研究 (611)
                • パラメータ研究 (711)
                • パラメータ研究 (811)
                • パラメータ研究 (911)
                • パラメータ研究 (1011)
                • 軸方向計算のまとめ
                • 断面方向計算のまとめ
                • Resistive Emergence Model
                • Preceding Studies(13)
                • Preceding Studies(23)
                • Preceding Studies(33)
                • Parameter Survey and Discussion (99)
                • Parameter Survey and Discussion (89)
                • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                • Introduction of Miyagoshi et al
                • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                • Setup and Results
                • セットアップと計算結果
                • セットアップと計算結果 (2)

                  先行研究の概観

                  9

                  Moreno-Insertis (1996)

                  先行研究 浮上磁場の理論研究は

                  「対流層内部」と「外層大気」に二分されてきた

                  大きなスケール差のため 今後は浮上磁場を一貫し

                  て扱った研究が必要200000 km

                  Fan (2001)

                  問題点課題 太陽のグローバルな磁束の輸送過程とその結果としての活動

                  領域形成の物理を知りたい しかし光学観測では太陽内部を見られない また理論研究は太陽内部上空大気に二分されていた 対流層から太陽表面を通じ上空に至る一貫した磁束輸送過程

                  の理解がなされていない 特に表面付近における浮上磁場のダイナミクスや活動領域形

                  成の様子が未解明

                  浮上磁場研究の問題点課題

                  10

                  本研究の目的 太陽対流層の深さ 2 万 km からの磁束浮上 MHD 数値計算理論

                  モデルの構築 対流層太陽表面上空大気を一貫して扱う(初めての試み) 深さ 2 万 km における磁束の存在条件を求める 対流層の厚さ 20 万 km に対して上部 10

                  太陽内部の数値計算では深さ 2 万 km 程度までしか扱えない 従来の光球~上空の計算では深さ 2000 km 程度(従来の 10

                  倍深い)

                  本研究の目的

                  11

                  200000 km

                  -20000 km

                  内容

                  1 イントロダクション2 これまでの研究について

                  1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                  3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                  12

                  2 次元計算 2 つのモード

                  2 次元計算には 2 通りのモードが考えられる 軸方向計算  rarr 純粋な 2 次元計算 断面方向計算 rarr 奥行き成分をもつ「 25 次元計算」

                  13

                  x

                  x

                  y

                  y

                  z

                  z

                  z

                  内容

                  1 イントロダクション2 これまでの研究について

                  1 2次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                  3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                  14

                  2 次元軸方向計算

                  セットアップ

                  xH0

                  zH0

                  NX timesNZ

                  =1536times1920

                  BX = 104 G Φ = 1021 Mx(底面積 Dtimes10D の直方体を仮定)

                  磁束の厚さD = 1000 km

                  磁束管の初期深度 -20000 km

                  光球は等温成層= 対流安定

                  15

                  LX = 160000 km

                  LZ = 80000 km

                  -400 +400

                  +200

                  -200

                  密度磁力線速度場16

                  2 次元軸方向計算

                  光球付近における減速

                  磁束上の流体 磁束が浮上すると流体が磁束上に蓄積する 光球は対流安定なので流体は光球を突破できない蓄積した磁束上の流体が磁束の浮上を抑制する

                  17

                  パラメータ研究

                  現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

                  磁場強度 B = 104 G 総磁束量 Φ = 1021-1022 Mx

                  18

                  内容

                  1 イントロダクション2 これまでの研究について

                  1 2 次元軸方向計算2 25次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                  3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                  19

                  25 次元断面方向計算

                  セットアップ

                  BX = 15times104 G Φ = 47times1020 Mx

                  20

                  LY = 160000 km

                  LZ = 80000 km

                  磁束管半径D = 1000 km

                  磁束管初期深度 -20000 km

                  yH0

                  zH0

                  NX timesNZ

                  =1536times1920 -400 +400

                  +200

                  -200

                  光球は等温成層= 対流安定

                  21

                  25 次元断面方向計算

                  密度磁力線速度場

                  パラメータ研究

                  現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

                  磁場強度 B = 15times104 G ねじれ強度 gt 50times10-4 km -1

                  22

                  +=

                  2 次元計算のまとめ

                  深さ 2 万 km からの磁束浮上計算 光球付近で減速し水平に広がった構造を形成する B = 104 G Φ = 1021-1022 Mx ねじれ gt 50times10-4 km-1

                  減速の物理 磁束上の流体は光球面を突破しづらいため下方の磁束を抑制する

                  軸方向計算と断面方向計算断面方向の浮上が速い 断面計算では磁束上の流体が流れ落ちるため

                  3 次元計算の困難さ グリッド数が膨大になる( N = 106 rarr 109 )

                  23

                  内容

                  1 イントロダクション2 これまでの研究について

                  1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                  3 3次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                  24

                  3 次元浮上磁場計算

                  セットアップ 2 次元計算と同じ初期条件

                  25-400 xH0 +400

                  zH0

                  +250

                  -200 yH0-200

                  +200

                  LX = 160000 km

                  LZ = 90000 km

                  NX timesNYtimesNZ

                  =512times256times1024=108 (非一様グリッド)

                  LY = 80000 km

                  3 次元浮上磁場計算

                  磁場強度 log(BB0)

                  26

                  bullxlt0 ygt0 のみ表示bull表面付近で水平に広がった構造をとるbull上空に複数の磁気ドームを形成する

                  3 次元浮上磁場計算

                  磁束高度浮上速度の時間発展

                  27

                  3 次元浮上磁場計算

                  光球面磁場 BZB0

                  28

                  Fan (2001)

                  3 次元浮上磁場計算

                  光球面磁場 BZB0 と磁力線

                  29

                  bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

                  3 次元浮上磁場計算

                  結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

                  30

                  3 次元浮上磁場計算

                  議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

                  された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

                  される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

                  ているようではない

                  31

                  Zwaan (1985)

                  3 次元浮上磁場計算

                  議論 光球面で「交換モード不安定」によ

                  る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

                  32Strous amp Zwaan (1999)

                  3 次元浮上磁場計算

                  議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

                  が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

                  33

                  3 次元浮上磁場計算

                  議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

                  浮上するとフットポイントが移動する

                  34

                  Outer fields Inner fields

                  内容

                  1 イントロダクション2 これまでの研究について

                  1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                  3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                  35

                  まとめ

                  深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                  磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                  36

                  観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                  光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                  今後の課題

                  複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                  黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                  パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                  輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                  37

                  FinThank you for your attention

                  1 Introduction

                  39

                  2 Previous 2D Works

                  40

                  3 3D Calculation

                  41

                  4 Summary and Future Works

                  42

                  4 What to Study in HAO

                  43

                  What to Study in HAO

                  Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                  Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                  Others Interaction between emerging flux and the convection

                  44

                  2-4 2D Parameter Study

                  45

                  Parameter Study

                  Varying

                  Field strength BX

                  Total flux Φ

                  to study the condition of the flux emergence

                  Total flux Φ

                  Field strength BX

                  46

                  Parameter Study

                  two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                  dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                  47

                  Parameter Study

                  Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                  48

                  Parameter Study BX-Φ too strong

                  49

                  Density field lines and velocity vectors

                  Parameter Study

                  Two-step emergencebullfield strength is too strong

                  50

                  Parameter Survey

                  Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                  51

                  Parameter Survey

                  times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                  52

                  Parameter Survey BX-Φ weak

                  53

                  Density field lines and velocity vectors

                  Parameter Survey

                  times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                  54

                  Parameter Survey BX-Φ weak

                  55

                  Density field lines and velocity vectors

                  Parameter Study

                  Varying

                  Field strength BX

                  Initial twist q

                  to study the condition of the flux emergence

                  Initial twist q

                  Field strength BX

                  56

                  Parameter Study

                  Varying axial field strength BX

                  57

                  Parameter Study typical case

                  Varying axial field strength BX

                  58

                  59

                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                  Parameter Study typical case

                  Parameter Study BX strong

                  Varying axial field strength BX

                  60

                  61

                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                  Parameter Study BX strong

                  Parameter Study BX weak

                  Varying axial field strength BX

                  62

                  63

                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                  Parameter Study BX weak

                  Parameter Study

                  Varying initial twist q

                  64

                  Parameter Study q weak

                  Varying initial twist q

                  65

                  66

                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                  Parameter Study q weak

                  3-1 Setup and Results

                  67

                  Setup

                  Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                  qH0=01 case rarr

                  68

                  rqrBrB x

                  2

                  tube

                  2

                  tube expR

                  rBrBx

                  3-2 Summary of 3D Work

                  69

                  Appendix

                  70

                  Active Regions and Emerging Flux

                  71

                  North Pole

                  Equator

                  Convection Zone

                  Radiative Zone

                  Core

                  Zwaan (1985)

                  Active Regions and Emerging Flux

                  Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                  (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                  72

                  North Pole

                  Equator

                  Convection Zone

                  Radiative Zone

                  Core

                  2-1 2D calculations

                  73

                  Apex of the Emerging Loop

                  Height Zapex

                  Rise Velocity VZapex

                  Surfacerarr

                  74

                  -20000 kmrarr

                  Axial Calculation Results

                  Magneticflux

                  Accumulateddensity

                  Magneticflux

                  Accumulateddensity

                  Accumulateddensity

                  Magneticflux

                  Deceleration near the Surface

                  Accumulated density

                  75

                  0 t

                  2-2 Cross-sectional Calculation

                  76

                  2-3 Summary of 2D Works

                  77

                  2-2 Smaller-scale 3D Works

                  78

                  Results qH0=040 (rapid two-step)

                  79

                  Results qH0=015 (slow two-step)

                  80

                  Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                  81

                  Results qH0=015 (slow two-step)

                  Logarithmic density

                  Summary of 3D Work

                  Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                  Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                  82

                  Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                  decelerates and

                  expands horizontally

                  Otsuji et al (2010)83

                  Observation

                  Results qH0=005 (failed)

                  84

                  Results

                  Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                  85

                  q large

                  q small

                  Results

                  Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                  86

                  Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                  Results

                  Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                  87

                  Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                  Results

                  Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                  q large obeys the initial

                  q2 law because the tube

                  keeps its coherency q small Emag increases

                  because it takes more time

                  to emerge to the corona

                  and Emag is stored in the

                  photospheric tongue 88

                  dVB

                  Ez

                  0

                  2

                  mag 8

                  Results

                  Cross-section when

                  the apex reaches zH0=40

                  89

                  Large-scale 3D calculation

                  Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                  90

                  Large-scale 3D calculation

                  Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                  91

                  Large-scale 3D calculation

                  Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                  92

                  Observation

                  Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                  decelerates and

                  expands horizontally

                  Otsuji et al (2010)93

                  イントロダクション

                  ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                  考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                  (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                  94

                  数値モデル

                  初期磁束管 exp型分布

                  ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                  磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                  磁束管の内部圧力を

                    と表すこのとき force balance

                   が保たれるよう

                   とする

                  rqrBrB x

                  2

                  tube

                  2

                  tube expR

                  rBrBx

                  r

                  BBB

                  dr

                  d

                  dr

                  dp x

                  48

                  222

                  exc

                  222

                  tube2exc 1

                  28

                  1xBr

                  Rqp

                  rpzpzyp excsi

                  B

                  x

                  r

                  B

                  BX

                  2πr

                  95

                  議論とまとめ

                  結果の比較

                  物理量 軸方向計算 断面方向計算

                  初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                  総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                  初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                  磁束管の半径 1000 km

                  初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                  1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                  減速した深さ -10000 km -5000 km

                  96

                  断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                  議論とまとめ

                  3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                  軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                  総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                  考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                  倍 )

                  将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                  97

                  1 G = 10-4 T = 105 nT

                  太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                  太陽と磁場

                  Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                  98

                  活動領域と浮上磁場

                  活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                  磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                  太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                  Zwaan (1985)

                  Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                  99

                  磁気浮力と Parker 不安定性

                  磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                  る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                  Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                  内圧 Pi 磁気圧 Pm

                  外圧 Pe

                  ggf ieb )(

                  100

                  活動領域と浮上磁場

                  AR 10926

                  101

                  磁束浮上シミュレーション

                  磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                  102

                  対流層内部における近似計算

                  ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                  た 細管近似

                  対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                  物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                  Caligari et al (1995)

                  103

                  対流層内部における近似計算

                  非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                  大きく上回る したがって音速を数値計算

                  中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                  Fan (2001a)104

                  対流層内部における近似計算 (22)

                  しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                  細管近似は深さ数万 km で破たんする

                  したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                  105

                  浮上磁場シミュレーション

                  光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                  的にコロナへ浮上

                  対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                  Shibata et al (1989) 106

                  光球付近での減速機構

                  光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                  Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                  Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                  Magara (2001)

                  107

                  本研究の目的 (12)

                  上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                  しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                  対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                  しかし近似は対流層上部で破たんする

                  したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                  108

                  本研究の目的 (22)

                  そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                  対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                  典型波長 ~ 数 10 万 km

                  典型波長 ~ 数 1000 km109

                  本研究の目的

                  減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                  2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                  典型波長 ~ 数 10 万 km

                  典型波長 ~ 数 1000 km110

                  数値モデル

                  初期条件

                  xH-400 0 400

                  zH

                  200

                  100

                  -200

                  -100

                  NX timesNZ

                  =1536times1920

                  BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                  磁束の厚さD = 1000 km

                  磁束の深さ -20000 km

                  光球 (等温 ) = 対流安定

                  111

                  LX = 16 万 km

                  LZ = 8 万 km

                  数値モデル (22)

                  対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                  無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                  速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                  時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                  密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                  圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                  温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                  磁場強度 B0 = 300 G 112

                  数値モデル (23)

                  初期条件 (z 方向分布 )

                  磁場BX

                  密度ρ

                  圧力 p

                  温度 T

                  対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                  113

                  数値モデル (24)

                  境界条件

                  -400 0 400

                  200

                  100

                  -200

                  -100

                  周期境界 対称境界

                  減衰領域

                  x H0

                  z H0

                  114

                  数値モデル (14)

                  初期条件

                  x H0

                  -400 0 400

                  z H0

                  200

                  100

                  -200

                  -100

                  NZ=1920

                  NX=1536

                  BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                  width D

                  z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                  115

                  減速の物理 (34)

                  磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                  116

                  減速の物理 (34)

                  磁束シート上のプラズマ

                  シート上にプラズマが蓄積する

                  磁束シートの浮上

                  磁束シートが平らになる

                  減速

                  117

                  光球付近における減速

                  磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                  磁場

                  密度差

                  磁場

                  密度差密度差

                  磁場

                  118

                  5 パラメータ研究

                  119

                  パラメータ研究 (111)

                  磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                  総磁束量 Φ

                  を変えた計算を行った

                  総磁束量 Φ

                  磁場強度 BX

                  120

                  パラメータ研究 (211)

                  2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                  点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                  121

                  パラメータ研究 (311)

                  減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                  122

                  パラメータ研究 (511)

                  2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                  123

                  パラメータ研究 (611)

                  2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                  124

                  パラメータ研究 (711)

                  times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                  125

                  パラメータ研究 (811)

                  密度磁力線速度場126

                  パラメータ研究 (911)

                  対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                  EmagEkin lt 1

                  127

                  パラメータ研究 (1011)

                  times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                  軸方向計算のまとめ

                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                  減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                  129

                  断面方向計算のまとめ

                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                  減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                  130

                  Resistive Emergence Model

                  Pariat et al (2004) Model established through

                  observations Isobe et al (2007)

                  2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                  3D simulations131

                  Preceding Studies(13)

                  Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                  force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                  that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                  132

                  Preceding Studies(23)

                  Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                  persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                  133

                  Preceding Studies(33)

                  Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                  gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                  Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                  zzz pF BJg

                  134

                  Parameter Survey and Discussion (99)

                  135

                  Parameter Survey and Discussion (89)

                  Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                  magnetic flux 104 G 1017 Mx

                   rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                   rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                   rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                  Moreno-Insertis et al (1995)

                  136

                  3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                  137

                  Introduction of Miyagoshi et al

                  Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                  138

                  Introduction of Miyagoshi et al

                  Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                  twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                  139

                  Introduction of Miyagoshi et al

                  Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                  emerged

                  q large direct emergence without a tongue

                  q small two-step emergence with a tongue

                  140

                  Introduction of Miyagoshi et al

                  Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                  141

                  Introduction of Miyagoshi et al

                  Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                  Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                  142

                  Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                  Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                  Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                  Radius Rtube 5 25

                  Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                  Initial depth ztube -10 -10

                  Convection zone Unstable Neutrally stable

                  Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                  Result Every q emerged q=01 failed

                  Introduction of Miyagoshi et al

                  Miyagoshi et al Initial condition

                  plasma β = P Pmag lt 1

                  at the tube top Strong tubehellip

                  143

                  Introduction of Miyagoshi et al

                  Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                  on the initial twist q

                  q large direct emergence

                    Emag increases with q q small two-step emergence

                    Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                  144

                  dVB

                  E corona

                  2

                  mag 8

                  Setup and Results

                  Conditions

                  q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                  145

                  Our case Murray et al (2006)

                  Flux tube Gaussian type Gaussian type

                  Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                  Radius Rtube 25 25

                  Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                  Initial depth ztube -10 -10

                  Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                  Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                  Result qlt01 failed q=01 failed

                  セットアップと計算結果

                  結果 (x=0)

                  146

                  セットアップと計算結果

                  結果 (y=0)

                  147

                  • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                  • 内容
                  • 内容 (2)
                  • 太陽活動と磁場
                  • 活動領域と浮上磁場
                  • 活動領域と浮上磁場 (2)
                  • 活動領域と浮上磁場 (3)
                  • 活動領域と浮上磁場 (4)
                  • 先行研究の概観
                  • 浮上磁場研究の問題点課題
                  • 本研究の目的
                  • 内容 (3)
                  • 2次元計算2つのモード
                  • 内容 (4)
                  • 2次元軸方向計算
                  • Slide 16
                  • 光球付近における減速
                  • パラメータ研究
                  • 内容 (5)
                  • 25次元断面方向計算
                  • Slide 21
                  • パラメータ研究 (2)
                  • 2次元計算のまとめ
                  • 内容 (6)
                  • 3次元浮上磁場計算
                  • 3次元浮上磁場計算 (2)
                  • 3次元浮上磁場計算 (3)
                  • 3次元浮上磁場計算 (4)
                  • 3次元浮上磁場計算 (5)
                  • 3次元浮上磁場計算 (6)
                  • 3次元浮上磁場計算 (7)
                  • 3次元浮上磁場計算 (8)
                  • 3次元浮上磁場計算 (9)
                  • 3次元浮上磁場計算 (10)
                  • 内容 (7)
                  • まとめ
                  • 今後の課題
                  • Fin
                  • 1 Introduction
                  • 2 Previous 2D Works
                  • 3 3D Calculation
                  • 4 Summary and Future Works
                  • 4 What to Study in HAO
                  • What to Study in HAO
                  • 2-4 2D Parameter Study
                  • Parameter Study
                  • Parameter Study (2)
                  • Parameter Study (3)
                  • Parameter Study BX-Φ too strong
                  • Parameter Study (4)
                  • Parameter Survey
                  • Parameter Survey (2)
                  • Parameter Survey BX-Φ weak
                  • Parameter Survey (3)
                  • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                  • Parameter Study (5)
                  • Parameter Study (6)
                  • Parameter Study typical case
                  • Slide 59
                  • Parameter Study BX strong
                  • Slide 61
                  • Parameter Study BX weak
                  • Slide 63
                  • Parameter Study (7)
                  • Parameter Study q weak
                  • Slide 66
                  • 3-1 Setup and Results
                  • Setup
                  • 3-2 Summary of 3D Work
                  • Appendix
                  • Active Regions and Emerging Flux
                  • Active Regions and Emerging Flux (2)
                  • 2-1 2D calculations
                  • Slide 74
                  • Deceleration near the Surface
                  • 2-2 Cross-sectional Calculation
                  • 2-3 Summary of 2D Works
                  • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                  • Results qH0=040 (rapid two-step)
                  • Results qH0=015 (slow two-step)
                  • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                  • Summary of 3D Work
                  • Observation
                  • Results qH0=005 (failed)
                  • Results
                  • Results (2)
                  • Results (3)
                  • Results (4)
                  • Results (5)
                  • Large-scale 3D calculation
                  • Large-scale 3D calculation (2)
                  • Large-scale 3D calculation (3)
                  • Observation (2)
                  • イントロダクション
                  • 数値モデル
                  • 議論とまとめ
                  • 議論とまとめ (2)
                  • 太陽と磁場
                  • 活動領域と浮上磁場 (5)
                  • 磁気浮力とParker不安定性
                  • 活動領域と浮上磁場 (6)
                  • 磁束浮上シミュレーション
                  • 対流層内部における近似計算
                  • 対流層内部における近似計算 (2)
                  • 対流層内部における近似計算 (22)
                  • 浮上磁場シミュレーション
                  • 光球付近での減速機構
                  • 本研究の目的 (12)
                  • 本研究の目的 (22)
                  • 本研究の目的 (4)
                  • 数値モデル (2)
                  • 数値モデル (22)
                  • 数値モデル (23)
                  • 数値モデル (24)
                  • 数値モデル (14)
                  • 減速の物理 (34)
                  • 減速の物理 (34) (2)
                  • 光球付近における減速 (2)
                  • 5 パラメータ研究
                  • パラメータ研究 (111)
                  • パラメータ研究 (211)
                  • パラメータ研究 (311)
                  • パラメータ研究 (511)
                  • パラメータ研究 (611)
                  • パラメータ研究 (711)
                  • パラメータ研究 (811)
                  • パラメータ研究 (911)
                  • パラメータ研究 (1011)
                  • 軸方向計算のまとめ
                  • 断面方向計算のまとめ
                  • Resistive Emergence Model
                  • Preceding Studies(13)
                  • Preceding Studies(23)
                  • Preceding Studies(33)
                  • Parameter Survey and Discussion (99)
                  • Parameter Survey and Discussion (89)
                  • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                  • Introduction of Miyagoshi et al
                  • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                  • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                  • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                  • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                  • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                  • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                  • Setup and Results
                  • セットアップと計算結果
                  • セットアップと計算結果 (2)

                    問題点課題 太陽のグローバルな磁束の輸送過程とその結果としての活動

                    領域形成の物理を知りたい しかし光学観測では太陽内部を見られない また理論研究は太陽内部上空大気に二分されていた 対流層から太陽表面を通じ上空に至る一貫した磁束輸送過程

                    の理解がなされていない 特に表面付近における浮上磁場のダイナミクスや活動領域形

                    成の様子が未解明

                    浮上磁場研究の問題点課題

                    10

                    本研究の目的 太陽対流層の深さ 2 万 km からの磁束浮上 MHD 数値計算理論

                    モデルの構築 対流層太陽表面上空大気を一貫して扱う(初めての試み) 深さ 2 万 km における磁束の存在条件を求める 対流層の厚さ 20 万 km に対して上部 10

                    太陽内部の数値計算では深さ 2 万 km 程度までしか扱えない 従来の光球~上空の計算では深さ 2000 km 程度(従来の 10

                    倍深い)

                    本研究の目的

                    11

                    200000 km

                    -20000 km

                    内容

                    1 イントロダクション2 これまでの研究について

                    1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                    3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                    12

                    2 次元計算 2 つのモード

                    2 次元計算には 2 通りのモードが考えられる 軸方向計算  rarr 純粋な 2 次元計算 断面方向計算 rarr 奥行き成分をもつ「 25 次元計算」

                    13

                    x

                    x

                    y

                    y

                    z

                    z

                    z

                    内容

                    1 イントロダクション2 これまでの研究について

                    1 2次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                    3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                    14

                    2 次元軸方向計算

                    セットアップ

                    xH0

                    zH0

                    NX timesNZ

                    =1536times1920

                    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(底面積 Dtimes10D の直方体を仮定)

                    磁束の厚さD = 1000 km

                    磁束管の初期深度 -20000 km

                    光球は等温成層= 対流安定

                    15

                    LX = 160000 km

                    LZ = 80000 km

                    -400 +400

                    +200

                    -200

                    密度磁力線速度場16

                    2 次元軸方向計算

                    光球付近における減速

                    磁束上の流体 磁束が浮上すると流体が磁束上に蓄積する 光球は対流安定なので流体は光球を突破できない蓄積した磁束上の流体が磁束の浮上を抑制する

                    17

                    パラメータ研究

                    現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

                    磁場強度 B = 104 G 総磁束量 Φ = 1021-1022 Mx

                    18

                    内容

                    1 イントロダクション2 これまでの研究について

                    1 2 次元軸方向計算2 25次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                    3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                    19

                    25 次元断面方向計算

                    セットアップ

                    BX = 15times104 G Φ = 47times1020 Mx

                    20

                    LY = 160000 km

                    LZ = 80000 km

                    磁束管半径D = 1000 km

                    磁束管初期深度 -20000 km

                    yH0

                    zH0

                    NX timesNZ

                    =1536times1920 -400 +400

                    +200

                    -200

                    光球は等温成層= 対流安定

                    21

                    25 次元断面方向計算

                    密度磁力線速度場

                    パラメータ研究

                    現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

                    磁場強度 B = 15times104 G ねじれ強度 gt 50times10-4 km -1

                    22

                    +=

                    2 次元計算のまとめ

                    深さ 2 万 km からの磁束浮上計算 光球付近で減速し水平に広がった構造を形成する B = 104 G Φ = 1021-1022 Mx ねじれ gt 50times10-4 km-1

                    減速の物理 磁束上の流体は光球面を突破しづらいため下方の磁束を抑制する

                    軸方向計算と断面方向計算断面方向の浮上が速い 断面計算では磁束上の流体が流れ落ちるため

                    3 次元計算の困難さ グリッド数が膨大になる( N = 106 rarr 109 )

                    23

                    内容

                    1 イントロダクション2 これまでの研究について

                    1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                    3 3次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                    24

                    3 次元浮上磁場計算

                    セットアップ 2 次元計算と同じ初期条件

                    25-400 xH0 +400

                    zH0

                    +250

                    -200 yH0-200

                    +200

                    LX = 160000 km

                    LZ = 90000 km

                    NX timesNYtimesNZ

                    =512times256times1024=108 (非一様グリッド)

                    LY = 80000 km

                    3 次元浮上磁場計算

                    磁場強度 log(BB0)

                    26

                    bullxlt0 ygt0 のみ表示bull表面付近で水平に広がった構造をとるbull上空に複数の磁気ドームを形成する

                    3 次元浮上磁場計算

                    磁束高度浮上速度の時間発展

                    27

                    3 次元浮上磁場計算

                    光球面磁場 BZB0

                    28

                    Fan (2001)

                    3 次元浮上磁場計算

                    光球面磁場 BZB0 と磁力線

                    29

                    bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

                    3 次元浮上磁場計算

                    結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

                    30

                    3 次元浮上磁場計算

                    議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

                    された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

                    される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

                    ているようではない

                    31

                    Zwaan (1985)

                    3 次元浮上磁場計算

                    議論 光球面で「交換モード不安定」によ

                    る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

                    32Strous amp Zwaan (1999)

                    3 次元浮上磁場計算

                    議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

                    が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

                    33

                    3 次元浮上磁場計算

                    議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

                    浮上するとフットポイントが移動する

                    34

                    Outer fields Inner fields

                    内容

                    1 イントロダクション2 これまでの研究について

                    1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                    3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                    35

                    まとめ

                    深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                    磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                    36

                    観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                    光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                    今後の課題

                    複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                    黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                    パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                    輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                    37

                    FinThank you for your attention

                    1 Introduction

                    39

                    2 Previous 2D Works

                    40

                    3 3D Calculation

                    41

                    4 Summary and Future Works

                    42

                    4 What to Study in HAO

                    43

                    What to Study in HAO

                    Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                    Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                    Others Interaction between emerging flux and the convection

                    44

                    2-4 2D Parameter Study

                    45

                    Parameter Study

                    Varying

                    Field strength BX

                    Total flux Φ

                    to study the condition of the flux emergence

                    Total flux Φ

                    Field strength BX

                    46

                    Parameter Study

                    two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                    dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                    47

                    Parameter Study

                    Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                    48

                    Parameter Study BX-Φ too strong

                    49

                    Density field lines and velocity vectors

                    Parameter Study

                    Two-step emergencebullfield strength is too strong

                    50

                    Parameter Survey

                    Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                    51

                    Parameter Survey

                    times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                    52

                    Parameter Survey BX-Φ weak

                    53

                    Density field lines and velocity vectors

                    Parameter Survey

                    times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                    54

                    Parameter Survey BX-Φ weak

                    55

                    Density field lines and velocity vectors

                    Parameter Study

                    Varying

                    Field strength BX

                    Initial twist q

                    to study the condition of the flux emergence

                    Initial twist q

                    Field strength BX

                    56

                    Parameter Study

                    Varying axial field strength BX

                    57

                    Parameter Study typical case

                    Varying axial field strength BX

                    58

                    59

                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                    Parameter Study typical case

                    Parameter Study BX strong

                    Varying axial field strength BX

                    60

                    61

                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                    Parameter Study BX strong

                    Parameter Study BX weak

                    Varying axial field strength BX

                    62

                    63

                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                    Parameter Study BX weak

                    Parameter Study

                    Varying initial twist q

                    64

                    Parameter Study q weak

                    Varying initial twist q

                    65

                    66

                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                    Parameter Study q weak

                    3-1 Setup and Results

                    67

                    Setup

                    Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                    qH0=01 case rarr

                    68

                    rqrBrB x

                    2

                    tube

                    2

                    tube expR

                    rBrBx

                    3-2 Summary of 3D Work

                    69

                    Appendix

                    70

                    Active Regions and Emerging Flux

                    71

                    North Pole

                    Equator

                    Convection Zone

                    Radiative Zone

                    Core

                    Zwaan (1985)

                    Active Regions and Emerging Flux

                    Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                    (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                    72

                    North Pole

                    Equator

                    Convection Zone

                    Radiative Zone

                    Core

                    2-1 2D calculations

                    73

                    Apex of the Emerging Loop

                    Height Zapex

                    Rise Velocity VZapex

                    Surfacerarr

                    74

                    -20000 kmrarr

                    Axial Calculation Results

                    Magneticflux

                    Accumulateddensity

                    Magneticflux

                    Accumulateddensity

                    Accumulateddensity

                    Magneticflux

                    Deceleration near the Surface

                    Accumulated density

                    75

                    0 t

                    2-2 Cross-sectional Calculation

                    76

                    2-3 Summary of 2D Works

                    77

                    2-2 Smaller-scale 3D Works

                    78

                    Results qH0=040 (rapid two-step)

                    79

                    Results qH0=015 (slow two-step)

                    80

                    Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                    81

                    Results qH0=015 (slow two-step)

                    Logarithmic density

                    Summary of 3D Work

                    Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                    Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                    82

                    Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                    decelerates and

                    expands horizontally

                    Otsuji et al (2010)83

                    Observation

                    Results qH0=005 (failed)

                    84

                    Results

                    Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                    85

                    q large

                    q small

                    Results

                    Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                    86

                    Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                    Results

                    Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                    87

                    Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                    Results

                    Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                    q large obeys the initial

                    q2 law because the tube

                    keeps its coherency q small Emag increases

                    because it takes more time

                    to emerge to the corona

                    and Emag is stored in the

                    photospheric tongue 88

                    dVB

                    Ez

                    0

                    2

                    mag 8

                    Results

                    Cross-section when

                    the apex reaches zH0=40

                    89

                    Large-scale 3D calculation

                    Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                    90

                    Large-scale 3D calculation

                    Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                    91

                    Large-scale 3D calculation

                    Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                    92

                    Observation

                    Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                    decelerates and

                    expands horizontally

                    Otsuji et al (2010)93

                    イントロダクション

                    ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                    考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                    (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                    94

                    数値モデル

                    初期磁束管 exp型分布

                    ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                    磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                    磁束管の内部圧力を

                      と表すこのとき force balance

                     が保たれるよう

                     とする

                    rqrBrB x

                    2

                    tube

                    2

                    tube expR

                    rBrBx

                    r

                    BBB

                    dr

                    d

                    dr

                    dp x

                    48

                    222

                    exc

                    222

                    tube2exc 1

                    28

                    1xBr

                    Rqp

                    rpzpzyp excsi

                    B

                    x

                    r

                    B

                    BX

                    2πr

                    95

                    議論とまとめ

                    結果の比較

                    物理量 軸方向計算 断面方向計算

                    初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                    総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                    初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                    磁束管の半径 1000 km

                    初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                    1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                    減速した深さ -10000 km -5000 km

                    96

                    断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                    議論とまとめ

                    3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                    軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                    総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                    考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                    倍 )

                    将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                    97

                    1 G = 10-4 T = 105 nT

                    太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                    太陽と磁場

                    Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                    98

                    活動領域と浮上磁場

                    活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                    磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                    太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                    Zwaan (1985)

                    Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                    99

                    磁気浮力と Parker 不安定性

                    磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                    る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                    Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                    内圧 Pi 磁気圧 Pm

                    外圧 Pe

                    ggf ieb )(

                    100

                    活動領域と浮上磁場

                    AR 10926

                    101

                    磁束浮上シミュレーション

                    磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                    102

                    対流層内部における近似計算

                    ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                    た 細管近似

                    対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                    物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                    Caligari et al (1995)

                    103

                    対流層内部における近似計算

                    非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                    大きく上回る したがって音速を数値計算

                    中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                    Fan (2001a)104

                    対流層内部における近似計算 (22)

                    しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                    細管近似は深さ数万 km で破たんする

                    したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                    105

                    浮上磁場シミュレーション

                    光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                    的にコロナへ浮上

                    対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                    Shibata et al (1989) 106

                    光球付近での減速機構

                    光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                    Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                    Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                    Magara (2001)

                    107

                    本研究の目的 (12)

                    上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                    しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                    対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                    しかし近似は対流層上部で破たんする

                    したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                    108

                    本研究の目的 (22)

                    そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                    対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                    典型波長 ~ 数 10 万 km

                    典型波長 ~ 数 1000 km109

                    本研究の目的

                    減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                    2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                    典型波長 ~ 数 10 万 km

                    典型波長 ~ 数 1000 km110

                    数値モデル

                    初期条件

                    xH-400 0 400

                    zH

                    200

                    100

                    -200

                    -100

                    NX timesNZ

                    =1536times1920

                    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                    磁束の厚さD = 1000 km

                    磁束の深さ -20000 km

                    光球 (等温 ) = 対流安定

                    111

                    LX = 16 万 km

                    LZ = 8 万 km

                    数値モデル (22)

                    対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                    無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                    速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                    時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                    密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                    圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                    温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                    磁場強度 B0 = 300 G 112

                    数値モデル (23)

                    初期条件 (z 方向分布 )

                    磁場BX

                    密度ρ

                    圧力 p

                    温度 T

                    対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                    113

                    数値モデル (24)

                    境界条件

                    -400 0 400

                    200

                    100

                    -200

                    -100

                    周期境界 対称境界

                    減衰領域

                    x H0

                    z H0

                    114

                    数値モデル (14)

                    初期条件

                    x H0

                    -400 0 400

                    z H0

                    200

                    100

                    -200

                    -100

                    NZ=1920

                    NX=1536

                    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                    width D

                    z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                    115

                    減速の物理 (34)

                    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                    116

                    減速の物理 (34)

                    磁束シート上のプラズマ

                    シート上にプラズマが蓄積する

                    磁束シートの浮上

                    磁束シートが平らになる

                    減速

                    117

                    光球付近における減速

                    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                    磁場

                    密度差

                    磁場

                    密度差密度差

                    磁場

                    118

                    5 パラメータ研究

                    119

                    パラメータ研究 (111)

                    磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                    総磁束量 Φ

                    を変えた計算を行った

                    総磁束量 Φ

                    磁場強度 BX

                    120

                    パラメータ研究 (211)

                    2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                    点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                    121

                    パラメータ研究 (311)

                    減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                    122

                    パラメータ研究 (511)

                    2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                    123

                    パラメータ研究 (611)

                    2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                    124

                    パラメータ研究 (711)

                    times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                    125

                    パラメータ研究 (811)

                    密度磁力線速度場126

                    パラメータ研究 (911)

                    対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                    EmagEkin lt 1

                    127

                    パラメータ研究 (1011)

                    times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                    軸方向計算のまとめ

                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                    減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                    129

                    断面方向計算のまとめ

                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                    減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                    130

                    Resistive Emergence Model

                    Pariat et al (2004) Model established through

                    observations Isobe et al (2007)

                    2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                    3D simulations131

                    Preceding Studies(13)

                    Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                    force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                    that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                    132

                    Preceding Studies(23)

                    Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                    persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                    133

                    Preceding Studies(33)

                    Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                    gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                    Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                    zzz pF BJg

                    134

                    Parameter Survey and Discussion (99)

                    135

                    Parameter Survey and Discussion (89)

                    Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                    magnetic flux 104 G 1017 Mx

                     rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                     rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                     rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                    Moreno-Insertis et al (1995)

                    136

                    3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                    137

                    Introduction of Miyagoshi et al

                    Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                    138

                    Introduction of Miyagoshi et al

                    Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                    twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                    139

                    Introduction of Miyagoshi et al

                    Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                    emerged

                    q large direct emergence without a tongue

                    q small two-step emergence with a tongue

                    140

                    Introduction of Miyagoshi et al

                    Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                    141

                    Introduction of Miyagoshi et al

                    Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                    Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                    142

                    Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                    Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                    Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                    Radius Rtube 5 25

                    Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                    Initial depth ztube -10 -10

                    Convection zone Unstable Neutrally stable

                    Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                    Result Every q emerged q=01 failed

                    Introduction of Miyagoshi et al

                    Miyagoshi et al Initial condition

                    plasma β = P Pmag lt 1

                    at the tube top Strong tubehellip

                    143

                    Introduction of Miyagoshi et al

                    Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                    on the initial twist q

                    q large direct emergence

                      Emag increases with q q small two-step emergence

                      Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                    144

                    dVB

                    E corona

                    2

                    mag 8

                    Setup and Results

                    Conditions

                    q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                    145

                    Our case Murray et al (2006)

                    Flux tube Gaussian type Gaussian type

                    Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                    Radius Rtube 25 25

                    Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                    Initial depth ztube -10 -10

                    Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                    Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                    Result qlt01 failed q=01 failed

                    セットアップと計算結果

                    結果 (x=0)

                    146

                    セットアップと計算結果

                    結果 (y=0)

                    147

                    • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                    • 内容
                    • 内容 (2)
                    • 太陽活動と磁場
                    • 活動領域と浮上磁場
                    • 活動領域と浮上磁場 (2)
                    • 活動領域と浮上磁場 (3)
                    • 活動領域と浮上磁場 (4)
                    • 先行研究の概観
                    • 浮上磁場研究の問題点課題
                    • 本研究の目的
                    • 内容 (3)
                    • 2次元計算2つのモード
                    • 内容 (4)
                    • 2次元軸方向計算
                    • Slide 16
                    • 光球付近における減速
                    • パラメータ研究
                    • 内容 (5)
                    • 25次元断面方向計算
                    • Slide 21
                    • パラメータ研究 (2)
                    • 2次元計算のまとめ
                    • 内容 (6)
                    • 3次元浮上磁場計算
                    • 3次元浮上磁場計算 (2)
                    • 3次元浮上磁場計算 (3)
                    • 3次元浮上磁場計算 (4)
                    • 3次元浮上磁場計算 (5)
                    • 3次元浮上磁場計算 (6)
                    • 3次元浮上磁場計算 (7)
                    • 3次元浮上磁場計算 (8)
                    • 3次元浮上磁場計算 (9)
                    • 3次元浮上磁場計算 (10)
                    • 内容 (7)
                    • まとめ
                    • 今後の課題
                    • Fin
                    • 1 Introduction
                    • 2 Previous 2D Works
                    • 3 3D Calculation
                    • 4 Summary and Future Works
                    • 4 What to Study in HAO
                    • What to Study in HAO
                    • 2-4 2D Parameter Study
                    • Parameter Study
                    • Parameter Study (2)
                    • Parameter Study (3)
                    • Parameter Study BX-Φ too strong
                    • Parameter Study (4)
                    • Parameter Survey
                    • Parameter Survey (2)
                    • Parameter Survey BX-Φ weak
                    • Parameter Survey (3)
                    • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                    • Parameter Study (5)
                    • Parameter Study (6)
                    • Parameter Study typical case
                    • Slide 59
                    • Parameter Study BX strong
                    • Slide 61
                    • Parameter Study BX weak
                    • Slide 63
                    • Parameter Study (7)
                    • Parameter Study q weak
                    • Slide 66
                    • 3-1 Setup and Results
                    • Setup
                    • 3-2 Summary of 3D Work
                    • Appendix
                    • Active Regions and Emerging Flux
                    • Active Regions and Emerging Flux (2)
                    • 2-1 2D calculations
                    • Slide 74
                    • Deceleration near the Surface
                    • 2-2 Cross-sectional Calculation
                    • 2-3 Summary of 2D Works
                    • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                    • Results qH0=040 (rapid two-step)
                    • Results qH0=015 (slow two-step)
                    • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                    • Summary of 3D Work
                    • Observation
                    • Results qH0=005 (failed)
                    • Results
                    • Results (2)
                    • Results (3)
                    • Results (4)
                    • Results (5)
                    • Large-scale 3D calculation
                    • Large-scale 3D calculation (2)
                    • Large-scale 3D calculation (3)
                    • Observation (2)
                    • イントロダクション
                    • 数値モデル
                    • 議論とまとめ
                    • 議論とまとめ (2)
                    • 太陽と磁場
                    • 活動領域と浮上磁場 (5)
                    • 磁気浮力とParker不安定性
                    • 活動領域と浮上磁場 (6)
                    • 磁束浮上シミュレーション
                    • 対流層内部における近似計算
                    • 対流層内部における近似計算 (2)
                    • 対流層内部における近似計算 (22)
                    • 浮上磁場シミュレーション
                    • 光球付近での減速機構
                    • 本研究の目的 (12)
                    • 本研究の目的 (22)
                    • 本研究の目的 (4)
                    • 数値モデル (2)
                    • 数値モデル (22)
                    • 数値モデル (23)
                    • 数値モデル (24)
                    • 数値モデル (14)
                    • 減速の物理 (34)
                    • 減速の物理 (34) (2)
                    • 光球付近における減速 (2)
                    • 5 パラメータ研究
                    • パラメータ研究 (111)
                    • パラメータ研究 (211)
                    • パラメータ研究 (311)
                    • パラメータ研究 (511)
                    • パラメータ研究 (611)
                    • パラメータ研究 (711)
                    • パラメータ研究 (811)
                    • パラメータ研究 (911)
                    • パラメータ研究 (1011)
                    • 軸方向計算のまとめ
                    • 断面方向計算のまとめ
                    • Resistive Emergence Model
                    • Preceding Studies(13)
                    • Preceding Studies(23)
                    • Preceding Studies(33)
                    • Parameter Survey and Discussion (99)
                    • Parameter Survey and Discussion (89)
                    • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                    • Introduction of Miyagoshi et al
                    • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                    • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                    • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                    • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                    • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                    • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                    • Setup and Results
                    • セットアップと計算結果
                    • セットアップと計算結果 (2)

                      本研究の目的 太陽対流層の深さ 2 万 km からの磁束浮上 MHD 数値計算理論

                      モデルの構築 対流層太陽表面上空大気を一貫して扱う(初めての試み) 深さ 2 万 km における磁束の存在条件を求める 対流層の厚さ 20 万 km に対して上部 10

                      太陽内部の数値計算では深さ 2 万 km 程度までしか扱えない 従来の光球~上空の計算では深さ 2000 km 程度(従来の 10

                      倍深い)

                      本研究の目的

                      11

                      200000 km

                      -20000 km

                      内容

                      1 イントロダクション2 これまでの研究について

                      1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                      3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                      12

                      2 次元計算 2 つのモード

                      2 次元計算には 2 通りのモードが考えられる 軸方向計算  rarr 純粋な 2 次元計算 断面方向計算 rarr 奥行き成分をもつ「 25 次元計算」

                      13

                      x

                      x

                      y

                      y

                      z

                      z

                      z

                      内容

                      1 イントロダクション2 これまでの研究について

                      1 2次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                      3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                      14

                      2 次元軸方向計算

                      セットアップ

                      xH0

                      zH0

                      NX timesNZ

                      =1536times1920

                      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(底面積 Dtimes10D の直方体を仮定)

                      磁束の厚さD = 1000 km

                      磁束管の初期深度 -20000 km

                      光球は等温成層= 対流安定

                      15

                      LX = 160000 km

                      LZ = 80000 km

                      -400 +400

                      +200

                      -200

                      密度磁力線速度場16

                      2 次元軸方向計算

                      光球付近における減速

                      磁束上の流体 磁束が浮上すると流体が磁束上に蓄積する 光球は対流安定なので流体は光球を突破できない蓄積した磁束上の流体が磁束の浮上を抑制する

                      17

                      パラメータ研究

                      現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

                      磁場強度 B = 104 G 総磁束量 Φ = 1021-1022 Mx

                      18

                      内容

                      1 イントロダクション2 これまでの研究について

                      1 2 次元軸方向計算2 25次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                      3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                      19

                      25 次元断面方向計算

                      セットアップ

                      BX = 15times104 G Φ = 47times1020 Mx

                      20

                      LY = 160000 km

                      LZ = 80000 km

                      磁束管半径D = 1000 km

                      磁束管初期深度 -20000 km

                      yH0

                      zH0

                      NX timesNZ

                      =1536times1920 -400 +400

                      +200

                      -200

                      光球は等温成層= 対流安定

                      21

                      25 次元断面方向計算

                      密度磁力線速度場

                      パラメータ研究

                      現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

                      磁場強度 B = 15times104 G ねじれ強度 gt 50times10-4 km -1

                      22

                      +=

                      2 次元計算のまとめ

                      深さ 2 万 km からの磁束浮上計算 光球付近で減速し水平に広がった構造を形成する B = 104 G Φ = 1021-1022 Mx ねじれ gt 50times10-4 km-1

                      減速の物理 磁束上の流体は光球面を突破しづらいため下方の磁束を抑制する

                      軸方向計算と断面方向計算断面方向の浮上が速い 断面計算では磁束上の流体が流れ落ちるため

                      3 次元計算の困難さ グリッド数が膨大になる( N = 106 rarr 109 )

                      23

                      内容

                      1 イントロダクション2 これまでの研究について

                      1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                      3 3次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                      24

                      3 次元浮上磁場計算

                      セットアップ 2 次元計算と同じ初期条件

                      25-400 xH0 +400

                      zH0

                      +250

                      -200 yH0-200

                      +200

                      LX = 160000 km

                      LZ = 90000 km

                      NX timesNYtimesNZ

                      =512times256times1024=108 (非一様グリッド)

                      LY = 80000 km

                      3 次元浮上磁場計算

                      磁場強度 log(BB0)

                      26

                      bullxlt0 ygt0 のみ表示bull表面付近で水平に広がった構造をとるbull上空に複数の磁気ドームを形成する

                      3 次元浮上磁場計算

                      磁束高度浮上速度の時間発展

                      27

                      3 次元浮上磁場計算

                      光球面磁場 BZB0

                      28

                      Fan (2001)

                      3 次元浮上磁場計算

                      光球面磁場 BZB0 と磁力線

                      29

                      bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

                      3 次元浮上磁場計算

                      結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

                      30

                      3 次元浮上磁場計算

                      議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

                      された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

                      される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

                      ているようではない

                      31

                      Zwaan (1985)

                      3 次元浮上磁場計算

                      議論 光球面で「交換モード不安定」によ

                      る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

                      32Strous amp Zwaan (1999)

                      3 次元浮上磁場計算

                      議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

                      が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

                      33

                      3 次元浮上磁場計算

                      議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

                      浮上するとフットポイントが移動する

                      34

                      Outer fields Inner fields

                      内容

                      1 イントロダクション2 これまでの研究について

                      1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                      3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                      35

                      まとめ

                      深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                      磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                      36

                      観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                      光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                      今後の課題

                      複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                      黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                      パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                      輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                      37

                      FinThank you for your attention

                      1 Introduction

                      39

                      2 Previous 2D Works

                      40

                      3 3D Calculation

                      41

                      4 Summary and Future Works

                      42

                      4 What to Study in HAO

                      43

                      What to Study in HAO

                      Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                      Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                      Others Interaction between emerging flux and the convection

                      44

                      2-4 2D Parameter Study

                      45

                      Parameter Study

                      Varying

                      Field strength BX

                      Total flux Φ

                      to study the condition of the flux emergence

                      Total flux Φ

                      Field strength BX

                      46

                      Parameter Study

                      two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                      dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                      47

                      Parameter Study

                      Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                      48

                      Parameter Study BX-Φ too strong

                      49

                      Density field lines and velocity vectors

                      Parameter Study

                      Two-step emergencebullfield strength is too strong

                      50

                      Parameter Survey

                      Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                      51

                      Parameter Survey

                      times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                      52

                      Parameter Survey BX-Φ weak

                      53

                      Density field lines and velocity vectors

                      Parameter Survey

                      times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                      54

                      Parameter Survey BX-Φ weak

                      55

                      Density field lines and velocity vectors

                      Parameter Study

                      Varying

                      Field strength BX

                      Initial twist q

                      to study the condition of the flux emergence

                      Initial twist q

                      Field strength BX

                      56

                      Parameter Study

                      Varying axial field strength BX

                      57

                      Parameter Study typical case

                      Varying axial field strength BX

                      58

                      59

                      Density Field Lines and Velocity Vectors

                      Parameter Study typical case

                      Parameter Study BX strong

                      Varying axial field strength BX

                      60

                      61

                      Density Field Lines and Velocity Vectors

                      Parameter Study BX strong

                      Parameter Study BX weak

                      Varying axial field strength BX

                      62

                      63

                      Density Field Lines and Velocity Vectors

                      Parameter Study BX weak

                      Parameter Study

                      Varying initial twist q

                      64

                      Parameter Study q weak

                      Varying initial twist q

                      65

                      66

                      Density Field Lines and Velocity Vectors

                      Parameter Study q weak

                      3-1 Setup and Results

                      67

                      Setup

                      Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                      qH0=01 case rarr

                      68

                      rqrBrB x

                      2

                      tube

                      2

                      tube expR

                      rBrBx

                      3-2 Summary of 3D Work

                      69

                      Appendix

                      70

                      Active Regions and Emerging Flux

                      71

                      North Pole

                      Equator

                      Convection Zone

                      Radiative Zone

                      Core

                      Zwaan (1985)

                      Active Regions and Emerging Flux

                      Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                      (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                      72

                      North Pole

                      Equator

                      Convection Zone

                      Radiative Zone

                      Core

                      2-1 2D calculations

                      73

                      Apex of the Emerging Loop

                      Height Zapex

                      Rise Velocity VZapex

                      Surfacerarr

                      74

                      -20000 kmrarr

                      Axial Calculation Results

                      Magneticflux

                      Accumulateddensity

                      Magneticflux

                      Accumulateddensity

                      Accumulateddensity

                      Magneticflux

                      Deceleration near the Surface

                      Accumulated density

                      75

                      0 t

                      2-2 Cross-sectional Calculation

                      76

                      2-3 Summary of 2D Works

                      77

                      2-2 Smaller-scale 3D Works

                      78

                      Results qH0=040 (rapid two-step)

                      79

                      Results qH0=015 (slow two-step)

                      80

                      Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                      81

                      Results qH0=015 (slow two-step)

                      Logarithmic density

                      Summary of 3D Work

                      Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                      Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                      82

                      Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                      decelerates and

                      expands horizontally

                      Otsuji et al (2010)83

                      Observation

                      Results qH0=005 (failed)

                      84

                      Results

                      Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                      85

                      q large

                      q small

                      Results

                      Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                      86

                      Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                      Results

                      Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                      87

                      Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                      Results

                      Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                      q large obeys the initial

                      q2 law because the tube

                      keeps its coherency q small Emag increases

                      because it takes more time

                      to emerge to the corona

                      and Emag is stored in the

                      photospheric tongue 88

                      dVB

                      Ez

                      0

                      2

                      mag 8

                      Results

                      Cross-section when

                      the apex reaches zH0=40

                      89

                      Large-scale 3D calculation

                      Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                      90

                      Large-scale 3D calculation

                      Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                      91

                      Large-scale 3D calculation

                      Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                      92

                      Observation

                      Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                      decelerates and

                      expands horizontally

                      Otsuji et al (2010)93

                      イントロダクション

                      ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                      考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                      (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                      94

                      数値モデル

                      初期磁束管 exp型分布

                      ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                      磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                      磁束管の内部圧力を

                        と表すこのとき force balance

                       が保たれるよう

                       とする

                      rqrBrB x

                      2

                      tube

                      2

                      tube expR

                      rBrBx

                      r

                      BBB

                      dr

                      d

                      dr

                      dp x

                      48

                      222

                      exc

                      222

                      tube2exc 1

                      28

                      1xBr

                      Rqp

                      rpzpzyp excsi

                      B

                      x

                      r

                      B

                      BX

                      2πr

                      95

                      議論とまとめ

                      結果の比較

                      物理量 軸方向計算 断面方向計算

                      初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                      総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                      初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                      磁束管の半径 1000 km

                      初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                      1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                      減速した深さ -10000 km -5000 km

                      96

                      断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                      議論とまとめ

                      3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                      軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                      総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                      考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                      倍 )

                      将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                      97

                      1 G = 10-4 T = 105 nT

                      太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                      太陽と磁場

                      Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                      98

                      活動領域と浮上磁場

                      活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                      磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                      太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                      Zwaan (1985)

                      Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                      99

                      磁気浮力と Parker 不安定性

                      磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                      る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                      Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                      内圧 Pi 磁気圧 Pm

                      外圧 Pe

                      ggf ieb )(

                      100

                      活動領域と浮上磁場

                      AR 10926

                      101

                      磁束浮上シミュレーション

                      磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                      102

                      対流層内部における近似計算

                      ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                      た 細管近似

                      対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                      物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                      Caligari et al (1995)

                      103

                      対流層内部における近似計算

                      非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                      大きく上回る したがって音速を数値計算

                      中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                      Fan (2001a)104

                      対流層内部における近似計算 (22)

                      しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                      細管近似は深さ数万 km で破たんする

                      したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                      105

                      浮上磁場シミュレーション

                      光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                      的にコロナへ浮上

                      対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                      Shibata et al (1989) 106

                      光球付近での減速機構

                      光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                      Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                      Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                      Magara (2001)

                      107

                      本研究の目的 (12)

                      上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                      しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                      対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                      しかし近似は対流層上部で破たんする

                      したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                      108

                      本研究の目的 (22)

                      そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                      対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                      典型波長 ~ 数 10 万 km

                      典型波長 ~ 数 1000 km109

                      本研究の目的

                      減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                      2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                      典型波長 ~ 数 10 万 km

                      典型波長 ~ 数 1000 km110

                      数値モデル

                      初期条件

                      xH-400 0 400

                      zH

                      200

                      100

                      -200

                      -100

                      NX timesNZ

                      =1536times1920

                      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                      磁束の厚さD = 1000 km

                      磁束の深さ -20000 km

                      光球 (等温 ) = 対流安定

                      111

                      LX = 16 万 km

                      LZ = 8 万 km

                      数値モデル (22)

                      対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                      無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                      速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                      時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                      密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                      圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                      温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                      磁場強度 B0 = 300 G 112

                      数値モデル (23)

                      初期条件 (z 方向分布 )

                      磁場BX

                      密度ρ

                      圧力 p

                      温度 T

                      対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                      113

                      数値モデル (24)

                      境界条件

                      -400 0 400

                      200

                      100

                      -200

                      -100

                      周期境界 対称境界

                      減衰領域

                      x H0

                      z H0

                      114

                      数値モデル (14)

                      初期条件

                      x H0

                      -400 0 400

                      z H0

                      200

                      100

                      -200

                      -100

                      NZ=1920

                      NX=1536

                      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                      width D

                      z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                      115

                      減速の物理 (34)

                      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                      116

                      減速の物理 (34)

                      磁束シート上のプラズマ

                      シート上にプラズマが蓄積する

                      磁束シートの浮上

                      磁束シートが平らになる

                      減速

                      117

                      光球付近における減速

                      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                      磁場

                      密度差

                      磁場

                      密度差密度差

                      磁場

                      118

                      5 パラメータ研究

                      119

                      パラメータ研究 (111)

                      磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                      総磁束量 Φ

                      を変えた計算を行った

                      総磁束量 Φ

                      磁場強度 BX

                      120

                      パラメータ研究 (211)

                      2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                      点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                      121

                      パラメータ研究 (311)

                      減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                      122

                      パラメータ研究 (511)

                      2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                      123

                      パラメータ研究 (611)

                      2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                      124

                      パラメータ研究 (711)

                      times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                      125

                      パラメータ研究 (811)

                      密度磁力線速度場126

                      パラメータ研究 (911)

                      対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                      EmagEkin lt 1

                      127

                      パラメータ研究 (1011)

                      times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                      軸方向計算のまとめ

                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                      減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                      129

                      断面方向計算のまとめ

                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                      減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                      130

                      Resistive Emergence Model

                      Pariat et al (2004) Model established through

                      observations Isobe et al (2007)

                      2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                      3D simulations131

                      Preceding Studies(13)

                      Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                      force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                      that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                      132

                      Preceding Studies(23)

                      Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                      persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                      133

                      Preceding Studies(33)

                      Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                      gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                      Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                      zzz pF BJg

                      134

                      Parameter Survey and Discussion (99)

                      135

                      Parameter Survey and Discussion (89)

                      Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                      magnetic flux 104 G 1017 Mx

                       rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                       rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                       rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                      Moreno-Insertis et al (1995)

                      136

                      3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                      137

                      Introduction of Miyagoshi et al

                      Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                      138

                      Introduction of Miyagoshi et al

                      Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                      twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                      139

                      Introduction of Miyagoshi et al

                      Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                      emerged

                      q large direct emergence without a tongue

                      q small two-step emergence with a tongue

                      140

                      Introduction of Miyagoshi et al

                      Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                      141

                      Introduction of Miyagoshi et al

                      Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                      Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                      142

                      Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                      Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                      Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                      Radius Rtube 5 25

                      Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                      Initial depth ztube -10 -10

                      Convection zone Unstable Neutrally stable

                      Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                      Result Every q emerged q=01 failed

                      Introduction of Miyagoshi et al

                      Miyagoshi et al Initial condition

                      plasma β = P Pmag lt 1

                      at the tube top Strong tubehellip

                      143

                      Introduction of Miyagoshi et al

                      Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                      on the initial twist q

                      q large direct emergence

                        Emag increases with q q small two-step emergence

                        Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                      144

                      dVB

                      E corona

                      2

                      mag 8

                      Setup and Results

                      Conditions

                      q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                      145

                      Our case Murray et al (2006)

                      Flux tube Gaussian type Gaussian type

                      Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                      Radius Rtube 25 25

                      Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                      Initial depth ztube -10 -10

                      Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                      Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                      Result qlt01 failed q=01 failed

                      セットアップと計算結果

                      結果 (x=0)

                      146

                      セットアップと計算結果

                      結果 (y=0)

                      147

                      • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                      • 内容
                      • 内容 (2)
                      • 太陽活動と磁場
                      • 活動領域と浮上磁場
                      • 活動領域と浮上磁場 (2)
                      • 活動領域と浮上磁場 (3)
                      • 活動領域と浮上磁場 (4)
                      • 先行研究の概観
                      • 浮上磁場研究の問題点課題
                      • 本研究の目的
                      • 内容 (3)
                      • 2次元計算2つのモード
                      • 内容 (4)
                      • 2次元軸方向計算
                      • Slide 16
                      • 光球付近における減速
                      • パラメータ研究
                      • 内容 (5)
                      • 25次元断面方向計算
                      • Slide 21
                      • パラメータ研究 (2)
                      • 2次元計算のまとめ
                      • 内容 (6)
                      • 3次元浮上磁場計算
                      • 3次元浮上磁場計算 (2)
                      • 3次元浮上磁場計算 (3)
                      • 3次元浮上磁場計算 (4)
                      • 3次元浮上磁場計算 (5)
                      • 3次元浮上磁場計算 (6)
                      • 3次元浮上磁場計算 (7)
                      • 3次元浮上磁場計算 (8)
                      • 3次元浮上磁場計算 (9)
                      • 3次元浮上磁場計算 (10)
                      • 内容 (7)
                      • まとめ
                      • 今後の課題
                      • Fin
                      • 1 Introduction
                      • 2 Previous 2D Works
                      • 3 3D Calculation
                      • 4 Summary and Future Works
                      • 4 What to Study in HAO
                      • What to Study in HAO
                      • 2-4 2D Parameter Study
                      • Parameter Study
                      • Parameter Study (2)
                      • Parameter Study (3)
                      • Parameter Study BX-Φ too strong
                      • Parameter Study (4)
                      • Parameter Survey
                      • Parameter Survey (2)
                      • Parameter Survey BX-Φ weak
                      • Parameter Survey (3)
                      • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                      • Parameter Study (5)
                      • Parameter Study (6)
                      • Parameter Study typical case
                      • Slide 59
                      • Parameter Study BX strong
                      • Slide 61
                      • Parameter Study BX weak
                      • Slide 63
                      • Parameter Study (7)
                      • Parameter Study q weak
                      • Slide 66
                      • 3-1 Setup and Results
                      • Setup
                      • 3-2 Summary of 3D Work
                      • Appendix
                      • Active Regions and Emerging Flux
                      • Active Regions and Emerging Flux (2)
                      • 2-1 2D calculations
                      • Slide 74
                      • Deceleration near the Surface
                      • 2-2 Cross-sectional Calculation
                      • 2-3 Summary of 2D Works
                      • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                      • Results qH0=040 (rapid two-step)
                      • Results qH0=015 (slow two-step)
                      • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                      • Summary of 3D Work
                      • Observation
                      • Results qH0=005 (failed)
                      • Results
                      • Results (2)
                      • Results (3)
                      • Results (4)
                      • Results (5)
                      • Large-scale 3D calculation
                      • Large-scale 3D calculation (2)
                      • Large-scale 3D calculation (3)
                      • Observation (2)
                      • イントロダクション
                      • 数値モデル
                      • 議論とまとめ
                      • 議論とまとめ (2)
                      • 太陽と磁場
                      • 活動領域と浮上磁場 (5)
                      • 磁気浮力とParker不安定性
                      • 活動領域と浮上磁場 (6)
                      • 磁束浮上シミュレーション
                      • 対流層内部における近似計算
                      • 対流層内部における近似計算 (2)
                      • 対流層内部における近似計算 (22)
                      • 浮上磁場シミュレーション
                      • 光球付近での減速機構
                      • 本研究の目的 (12)
                      • 本研究の目的 (22)
                      • 本研究の目的 (4)
                      • 数値モデル (2)
                      • 数値モデル (22)
                      • 数値モデル (23)
                      • 数値モデル (24)
                      • 数値モデル (14)
                      • 減速の物理 (34)
                      • 減速の物理 (34) (2)
                      • 光球付近における減速 (2)
                      • 5 パラメータ研究
                      • パラメータ研究 (111)
                      • パラメータ研究 (211)
                      • パラメータ研究 (311)
                      • パラメータ研究 (511)
                      • パラメータ研究 (611)
                      • パラメータ研究 (711)
                      • パラメータ研究 (811)
                      • パラメータ研究 (911)
                      • パラメータ研究 (1011)
                      • 軸方向計算のまとめ
                      • 断面方向計算のまとめ
                      • Resistive Emergence Model
                      • Preceding Studies(13)
                      • Preceding Studies(23)
                      • Preceding Studies(33)
                      • Parameter Survey and Discussion (99)
                      • Parameter Survey and Discussion (89)
                      • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                      • Introduction of Miyagoshi et al
                      • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                      • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                      • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                      • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                      • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                      • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                      • Setup and Results
                      • セットアップと計算結果
                      • セットアップと計算結果 (2)

                        内容

                        1 イントロダクション2 これまでの研究について

                        1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                        3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                        12

                        2 次元計算 2 つのモード

                        2 次元計算には 2 通りのモードが考えられる 軸方向計算  rarr 純粋な 2 次元計算 断面方向計算 rarr 奥行き成分をもつ「 25 次元計算」

                        13

                        x

                        x

                        y

                        y

                        z

                        z

                        z

                        内容

                        1 イントロダクション2 これまでの研究について

                        1 2次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                        3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                        14

                        2 次元軸方向計算

                        セットアップ

                        xH0

                        zH0

                        NX timesNZ

                        =1536times1920

                        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(底面積 Dtimes10D の直方体を仮定)

                        磁束の厚さD = 1000 km

                        磁束管の初期深度 -20000 km

                        光球は等温成層= 対流安定

                        15

                        LX = 160000 km

                        LZ = 80000 km

                        -400 +400

                        +200

                        -200

                        密度磁力線速度場16

                        2 次元軸方向計算

                        光球付近における減速

                        磁束上の流体 磁束が浮上すると流体が磁束上に蓄積する 光球は対流安定なので流体は光球を突破できない蓄積した磁束上の流体が磁束の浮上を抑制する

                        17

                        パラメータ研究

                        現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

                        磁場強度 B = 104 G 総磁束量 Φ = 1021-1022 Mx

                        18

                        内容

                        1 イントロダクション2 これまでの研究について

                        1 2 次元軸方向計算2 25次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                        3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                        19

                        25 次元断面方向計算

                        セットアップ

                        BX = 15times104 G Φ = 47times1020 Mx

                        20

                        LY = 160000 km

                        LZ = 80000 km

                        磁束管半径D = 1000 km

                        磁束管初期深度 -20000 km

                        yH0

                        zH0

                        NX timesNZ

                        =1536times1920 -400 +400

                        +200

                        -200

                        光球は等温成層= 対流安定

                        21

                        25 次元断面方向計算

                        密度磁力線速度場

                        パラメータ研究

                        現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

                        磁場強度 B = 15times104 G ねじれ強度 gt 50times10-4 km -1

                        22

                        +=

                        2 次元計算のまとめ

                        深さ 2 万 km からの磁束浮上計算 光球付近で減速し水平に広がった構造を形成する B = 104 G Φ = 1021-1022 Mx ねじれ gt 50times10-4 km-1

                        減速の物理 磁束上の流体は光球面を突破しづらいため下方の磁束を抑制する

                        軸方向計算と断面方向計算断面方向の浮上が速い 断面計算では磁束上の流体が流れ落ちるため

                        3 次元計算の困難さ グリッド数が膨大になる( N = 106 rarr 109 )

                        23

                        内容

                        1 イントロダクション2 これまでの研究について

                        1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                        3 3次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                        24

                        3 次元浮上磁場計算

                        セットアップ 2 次元計算と同じ初期条件

                        25-400 xH0 +400

                        zH0

                        +250

                        -200 yH0-200

                        +200

                        LX = 160000 km

                        LZ = 90000 km

                        NX timesNYtimesNZ

                        =512times256times1024=108 (非一様グリッド)

                        LY = 80000 km

                        3 次元浮上磁場計算

                        磁場強度 log(BB0)

                        26

                        bullxlt0 ygt0 のみ表示bull表面付近で水平に広がった構造をとるbull上空に複数の磁気ドームを形成する

                        3 次元浮上磁場計算

                        磁束高度浮上速度の時間発展

                        27

                        3 次元浮上磁場計算

                        光球面磁場 BZB0

                        28

                        Fan (2001)

                        3 次元浮上磁場計算

                        光球面磁場 BZB0 と磁力線

                        29

                        bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

                        3 次元浮上磁場計算

                        結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

                        30

                        3 次元浮上磁場計算

                        議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

                        された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

                        される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

                        ているようではない

                        31

                        Zwaan (1985)

                        3 次元浮上磁場計算

                        議論 光球面で「交換モード不安定」によ

                        る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

                        32Strous amp Zwaan (1999)

                        3 次元浮上磁場計算

                        議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

                        が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

                        33

                        3 次元浮上磁場計算

                        議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

                        浮上するとフットポイントが移動する

                        34

                        Outer fields Inner fields

                        内容

                        1 イントロダクション2 これまでの研究について

                        1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                        3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                        35

                        まとめ

                        深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                        磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                        36

                        観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                        光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                        今後の課題

                        複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                        黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                        パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                        輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                        37

                        FinThank you for your attention

                        1 Introduction

                        39

                        2 Previous 2D Works

                        40

                        3 3D Calculation

                        41

                        4 Summary and Future Works

                        42

                        4 What to Study in HAO

                        43

                        What to Study in HAO

                        Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                        Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                        Others Interaction between emerging flux and the convection

                        44

                        2-4 2D Parameter Study

                        45

                        Parameter Study

                        Varying

                        Field strength BX

                        Total flux Φ

                        to study the condition of the flux emergence

                        Total flux Φ

                        Field strength BX

                        46

                        Parameter Study

                        two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                        dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                        47

                        Parameter Study

                        Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                        48

                        Parameter Study BX-Φ too strong

                        49

                        Density field lines and velocity vectors

                        Parameter Study

                        Two-step emergencebullfield strength is too strong

                        50

                        Parameter Survey

                        Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                        51

                        Parameter Survey

                        times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                        52

                        Parameter Survey BX-Φ weak

                        53

                        Density field lines and velocity vectors

                        Parameter Survey

                        times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                        54

                        Parameter Survey BX-Φ weak

                        55

                        Density field lines and velocity vectors

                        Parameter Study

                        Varying

                        Field strength BX

                        Initial twist q

                        to study the condition of the flux emergence

                        Initial twist q

                        Field strength BX

                        56

                        Parameter Study

                        Varying axial field strength BX

                        57

                        Parameter Study typical case

                        Varying axial field strength BX

                        58

                        59

                        Density Field Lines and Velocity Vectors

                        Parameter Study typical case

                        Parameter Study BX strong

                        Varying axial field strength BX

                        60

                        61

                        Density Field Lines and Velocity Vectors

                        Parameter Study BX strong

                        Parameter Study BX weak

                        Varying axial field strength BX

                        62

                        63

                        Density Field Lines and Velocity Vectors

                        Parameter Study BX weak

                        Parameter Study

                        Varying initial twist q

                        64

                        Parameter Study q weak

                        Varying initial twist q

                        65

                        66

                        Density Field Lines and Velocity Vectors

                        Parameter Study q weak

                        3-1 Setup and Results

                        67

                        Setup

                        Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                        qH0=01 case rarr

                        68

                        rqrBrB x

                        2

                        tube

                        2

                        tube expR

                        rBrBx

                        3-2 Summary of 3D Work

                        69

                        Appendix

                        70

                        Active Regions and Emerging Flux

                        71

                        North Pole

                        Equator

                        Convection Zone

                        Radiative Zone

                        Core

                        Zwaan (1985)

                        Active Regions and Emerging Flux

                        Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                        (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                        72

                        North Pole

                        Equator

                        Convection Zone

                        Radiative Zone

                        Core

                        2-1 2D calculations

                        73

                        Apex of the Emerging Loop

                        Height Zapex

                        Rise Velocity VZapex

                        Surfacerarr

                        74

                        -20000 kmrarr

                        Axial Calculation Results

                        Magneticflux

                        Accumulateddensity

                        Magneticflux

                        Accumulateddensity

                        Accumulateddensity

                        Magneticflux

                        Deceleration near the Surface

                        Accumulated density

                        75

                        0 t

                        2-2 Cross-sectional Calculation

                        76

                        2-3 Summary of 2D Works

                        77

                        2-2 Smaller-scale 3D Works

                        78

                        Results qH0=040 (rapid two-step)

                        79

                        Results qH0=015 (slow two-step)

                        80

                        Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                        81

                        Results qH0=015 (slow two-step)

                        Logarithmic density

                        Summary of 3D Work

                        Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                        Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                        82

                        Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                        decelerates and

                        expands horizontally

                        Otsuji et al (2010)83

                        Observation

                        Results qH0=005 (failed)

                        84

                        Results

                        Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                        85

                        q large

                        q small

                        Results

                        Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                        86

                        Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                        Results

                        Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                        87

                        Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                        Results

                        Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                        q large obeys the initial

                        q2 law because the tube

                        keeps its coherency q small Emag increases

                        because it takes more time

                        to emerge to the corona

                        and Emag is stored in the

                        photospheric tongue 88

                        dVB

                        Ez

                        0

                        2

                        mag 8

                        Results

                        Cross-section when

                        the apex reaches zH0=40

                        89

                        Large-scale 3D calculation

                        Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                        90

                        Large-scale 3D calculation

                        Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                        91

                        Large-scale 3D calculation

                        Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                        92

                        Observation

                        Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                        decelerates and

                        expands horizontally

                        Otsuji et al (2010)93

                        イントロダクション

                        ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                        考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                        (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                        94

                        数値モデル

                        初期磁束管 exp型分布

                        ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                        磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                        磁束管の内部圧力を

                          と表すこのとき force balance

                         が保たれるよう

                         とする

                        rqrBrB x

                        2

                        tube

                        2

                        tube expR

                        rBrBx

                        r

                        BBB

                        dr

                        d

                        dr

                        dp x

                        48

                        222

                        exc

                        222

                        tube2exc 1

                        28

                        1xBr

                        Rqp

                        rpzpzyp excsi

                        B

                        x

                        r

                        B

                        BX

                        2πr

                        95

                        議論とまとめ

                        結果の比較

                        物理量 軸方向計算 断面方向計算

                        初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                        総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                        初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                        磁束管の半径 1000 km

                        初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                        1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                        減速した深さ -10000 km -5000 km

                        96

                        断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                        議論とまとめ

                        3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                        軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                        総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                        考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                        倍 )

                        将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                        97

                        1 G = 10-4 T = 105 nT

                        太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                        太陽と磁場

                        Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                        98

                        活動領域と浮上磁場

                        活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                        磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                        太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                        Zwaan (1985)

                        Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                        99

                        磁気浮力と Parker 不安定性

                        磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                        る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                        Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                        内圧 Pi 磁気圧 Pm

                        外圧 Pe

                        ggf ieb )(

                        100

                        活動領域と浮上磁場

                        AR 10926

                        101

                        磁束浮上シミュレーション

                        磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                        102

                        対流層内部における近似計算

                        ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                        た 細管近似

                        対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                        物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                        Caligari et al (1995)

                        103

                        対流層内部における近似計算

                        非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                        大きく上回る したがって音速を数値計算

                        中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                        Fan (2001a)104

                        対流層内部における近似計算 (22)

                        しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                        細管近似は深さ数万 km で破たんする

                        したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                        105

                        浮上磁場シミュレーション

                        光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                        的にコロナへ浮上

                        対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                        Shibata et al (1989) 106

                        光球付近での減速機構

                        光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                        Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                        Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                        Magara (2001)

                        107

                        本研究の目的 (12)

                        上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                        しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                        対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                        しかし近似は対流層上部で破たんする

                        したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                        108

                        本研究の目的 (22)

                        そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                        対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                        典型波長 ~ 数 10 万 km

                        典型波長 ~ 数 1000 km109

                        本研究の目的

                        減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                        2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                        典型波長 ~ 数 10 万 km

                        典型波長 ~ 数 1000 km110

                        数値モデル

                        初期条件

                        xH-400 0 400

                        zH

                        200

                        100

                        -200

                        -100

                        NX timesNZ

                        =1536times1920

                        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                        磁束の厚さD = 1000 km

                        磁束の深さ -20000 km

                        光球 (等温 ) = 対流安定

                        111

                        LX = 16 万 km

                        LZ = 8 万 km

                        数値モデル (22)

                        対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                        無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                        速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                        時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                        密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                        圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                        温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                        磁場強度 B0 = 300 G 112

                        数値モデル (23)

                        初期条件 (z 方向分布 )

                        磁場BX

                        密度ρ

                        圧力 p

                        温度 T

                        対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                        113

                        数値モデル (24)

                        境界条件

                        -400 0 400

                        200

                        100

                        -200

                        -100

                        周期境界 対称境界

                        減衰領域

                        x H0

                        z H0

                        114

                        数値モデル (14)

                        初期条件

                        x H0

                        -400 0 400

                        z H0

                        200

                        100

                        -200

                        -100

                        NZ=1920

                        NX=1536

                        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                        width D

                        z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                        115

                        減速の物理 (34)

                        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                        116

                        減速の物理 (34)

                        磁束シート上のプラズマ

                        シート上にプラズマが蓄積する

                        磁束シートの浮上

                        磁束シートが平らになる

                        減速

                        117

                        光球付近における減速

                        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                        磁場

                        密度差

                        磁場

                        密度差密度差

                        磁場

                        118

                        5 パラメータ研究

                        119

                        パラメータ研究 (111)

                        磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                        総磁束量 Φ

                        を変えた計算を行った

                        総磁束量 Φ

                        磁場強度 BX

                        120

                        パラメータ研究 (211)

                        2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                        点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                        121

                        パラメータ研究 (311)

                        減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                        122

                        パラメータ研究 (511)

                        2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                        123

                        パラメータ研究 (611)

                        2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                        124

                        パラメータ研究 (711)

                        times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                        125

                        パラメータ研究 (811)

                        密度磁力線速度場126

                        パラメータ研究 (911)

                        対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                        EmagEkin lt 1

                        127

                        パラメータ研究 (1011)

                        times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                        軸方向計算のまとめ

                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                        減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                        129

                        断面方向計算のまとめ

                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                        減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                        130

                        Resistive Emergence Model

                        Pariat et al (2004) Model established through

                        observations Isobe et al (2007)

                        2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                        3D simulations131

                        Preceding Studies(13)

                        Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                        force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                        that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                        132

                        Preceding Studies(23)

                        Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                        persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                        133

                        Preceding Studies(33)

                        Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                        gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                        Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                        zzz pF BJg

                        134

                        Parameter Survey and Discussion (99)

                        135

                        Parameter Survey and Discussion (89)

                        Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                        magnetic flux 104 G 1017 Mx

                         rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                         rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                         rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                        Moreno-Insertis et al (1995)

                        136

                        3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                        137

                        Introduction of Miyagoshi et al

                        Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                        138

                        Introduction of Miyagoshi et al

                        Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                        twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                        139

                        Introduction of Miyagoshi et al

                        Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                        emerged

                        q large direct emergence without a tongue

                        q small two-step emergence with a tongue

                        140

                        Introduction of Miyagoshi et al

                        Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                        141

                        Introduction of Miyagoshi et al

                        Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                        Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                        142

                        Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                        Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                        Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                        Radius Rtube 5 25

                        Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                        Initial depth ztube -10 -10

                        Convection zone Unstable Neutrally stable

                        Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                        Result Every q emerged q=01 failed

                        Introduction of Miyagoshi et al

                        Miyagoshi et al Initial condition

                        plasma β = P Pmag lt 1

                        at the tube top Strong tubehellip

                        143

                        Introduction of Miyagoshi et al

                        Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                        on the initial twist q

                        q large direct emergence

                          Emag increases with q q small two-step emergence

                          Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                        144

                        dVB

                        E corona

                        2

                        mag 8

                        Setup and Results

                        Conditions

                        q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                        145

                        Our case Murray et al (2006)

                        Flux tube Gaussian type Gaussian type

                        Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                        Radius Rtube 25 25

                        Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                        Initial depth ztube -10 -10

                        Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                        Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                        Result qlt01 failed q=01 failed

                        セットアップと計算結果

                        結果 (x=0)

                        146

                        セットアップと計算結果

                        結果 (y=0)

                        147

                        • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                        • 内容
                        • 内容 (2)
                        • 太陽活動と磁場
                        • 活動領域と浮上磁場
                        • 活動領域と浮上磁場 (2)
                        • 活動領域と浮上磁場 (3)
                        • 活動領域と浮上磁場 (4)
                        • 先行研究の概観
                        • 浮上磁場研究の問題点課題
                        • 本研究の目的
                        • 内容 (3)
                        • 2次元計算2つのモード
                        • 内容 (4)
                        • 2次元軸方向計算
                        • Slide 16
                        • 光球付近における減速
                        • パラメータ研究
                        • 内容 (5)
                        • 25次元断面方向計算
                        • Slide 21
                        • パラメータ研究 (2)
                        • 2次元計算のまとめ
                        • 内容 (6)
                        • 3次元浮上磁場計算
                        • 3次元浮上磁場計算 (2)
                        • 3次元浮上磁場計算 (3)
                        • 3次元浮上磁場計算 (4)
                        • 3次元浮上磁場計算 (5)
                        • 3次元浮上磁場計算 (6)
                        • 3次元浮上磁場計算 (7)
                        • 3次元浮上磁場計算 (8)
                        • 3次元浮上磁場計算 (9)
                        • 3次元浮上磁場計算 (10)
                        • 内容 (7)
                        • まとめ
                        • 今後の課題
                        • Fin
                        • 1 Introduction
                        • 2 Previous 2D Works
                        • 3 3D Calculation
                        • 4 Summary and Future Works
                        • 4 What to Study in HAO
                        • What to Study in HAO
                        • 2-4 2D Parameter Study
                        • Parameter Study
                        • Parameter Study (2)
                        • Parameter Study (3)
                        • Parameter Study BX-Φ too strong
                        • Parameter Study (4)
                        • Parameter Survey
                        • Parameter Survey (2)
                        • Parameter Survey BX-Φ weak
                        • Parameter Survey (3)
                        • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                        • Parameter Study (5)
                        • Parameter Study (6)
                        • Parameter Study typical case
                        • Slide 59
                        • Parameter Study BX strong
                        • Slide 61
                        • Parameter Study BX weak
                        • Slide 63
                        • Parameter Study (7)
                        • Parameter Study q weak
                        • Slide 66
                        • 3-1 Setup and Results
                        • Setup
                        • 3-2 Summary of 3D Work
                        • Appendix
                        • Active Regions and Emerging Flux
                        • Active Regions and Emerging Flux (2)
                        • 2-1 2D calculations
                        • Slide 74
                        • Deceleration near the Surface
                        • 2-2 Cross-sectional Calculation
                        • 2-3 Summary of 2D Works
                        • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                        • Results qH0=040 (rapid two-step)
                        • Results qH0=015 (slow two-step)
                        • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                        • Summary of 3D Work
                        • Observation
                        • Results qH0=005 (failed)
                        • Results
                        • Results (2)
                        • Results (3)
                        • Results (4)
                        • Results (5)
                        • Large-scale 3D calculation
                        • Large-scale 3D calculation (2)
                        • Large-scale 3D calculation (3)
                        • Observation (2)
                        • イントロダクション
                        • 数値モデル
                        • 議論とまとめ
                        • 議論とまとめ (2)
                        • 太陽と磁場
                        • 活動領域と浮上磁場 (5)
                        • 磁気浮力とParker不安定性
                        • 活動領域と浮上磁場 (6)
                        • 磁束浮上シミュレーション
                        • 対流層内部における近似計算
                        • 対流層内部における近似計算 (2)
                        • 対流層内部における近似計算 (22)
                        • 浮上磁場シミュレーション
                        • 光球付近での減速機構
                        • 本研究の目的 (12)
                        • 本研究の目的 (22)
                        • 本研究の目的 (4)
                        • 数値モデル (2)
                        • 数値モデル (22)
                        • 数値モデル (23)
                        • 数値モデル (24)
                        • 数値モデル (14)
                        • 減速の物理 (34)
                        • 減速の物理 (34) (2)
                        • 光球付近における減速 (2)
                        • 5 パラメータ研究
                        • パラメータ研究 (111)
                        • パラメータ研究 (211)
                        • パラメータ研究 (311)
                        • パラメータ研究 (511)
                        • パラメータ研究 (611)
                        • パラメータ研究 (711)
                        • パラメータ研究 (811)
                        • パラメータ研究 (911)
                        • パラメータ研究 (1011)
                        • 軸方向計算のまとめ
                        • 断面方向計算のまとめ
                        • Resistive Emergence Model
                        • Preceding Studies(13)
                        • Preceding Studies(23)
                        • Preceding Studies(33)
                        • Parameter Survey and Discussion (99)
                        • Parameter Survey and Discussion (89)
                        • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                        • Introduction of Miyagoshi et al
                        • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                        • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                        • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                        • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                        • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                        • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                        • Setup and Results
                        • セットアップと計算結果
                        • セットアップと計算結果 (2)

                          2 次元計算 2 つのモード

                          2 次元計算には 2 通りのモードが考えられる 軸方向計算  rarr 純粋な 2 次元計算 断面方向計算 rarr 奥行き成分をもつ「 25 次元計算」

                          13

                          x

                          x

                          y

                          y

                          z

                          z

                          z

                          内容

                          1 イントロダクション2 これまでの研究について

                          1 2次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                          3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                          14

                          2 次元軸方向計算

                          セットアップ

                          xH0

                          zH0

                          NX timesNZ

                          =1536times1920

                          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(底面積 Dtimes10D の直方体を仮定)

                          磁束の厚さD = 1000 km

                          磁束管の初期深度 -20000 km

                          光球は等温成層= 対流安定

                          15

                          LX = 160000 km

                          LZ = 80000 km

                          -400 +400

                          +200

                          -200

                          密度磁力線速度場16

                          2 次元軸方向計算

                          光球付近における減速

                          磁束上の流体 磁束が浮上すると流体が磁束上に蓄積する 光球は対流安定なので流体は光球を突破できない蓄積した磁束上の流体が磁束の浮上を抑制する

                          17

                          パラメータ研究

                          現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

                          磁場強度 B = 104 G 総磁束量 Φ = 1021-1022 Mx

                          18

                          内容

                          1 イントロダクション2 これまでの研究について

                          1 2 次元軸方向計算2 25次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                          3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                          19

                          25 次元断面方向計算

                          セットアップ

                          BX = 15times104 G Φ = 47times1020 Mx

                          20

                          LY = 160000 km

                          LZ = 80000 km

                          磁束管半径D = 1000 km

                          磁束管初期深度 -20000 km

                          yH0

                          zH0

                          NX timesNZ

                          =1536times1920 -400 +400

                          +200

                          -200

                          光球は等温成層= 対流安定

                          21

                          25 次元断面方向計算

                          密度磁力線速度場

                          パラメータ研究

                          現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

                          磁場強度 B = 15times104 G ねじれ強度 gt 50times10-4 km -1

                          22

                          +=

                          2 次元計算のまとめ

                          深さ 2 万 km からの磁束浮上計算 光球付近で減速し水平に広がった構造を形成する B = 104 G Φ = 1021-1022 Mx ねじれ gt 50times10-4 km-1

                          減速の物理 磁束上の流体は光球面を突破しづらいため下方の磁束を抑制する

                          軸方向計算と断面方向計算断面方向の浮上が速い 断面計算では磁束上の流体が流れ落ちるため

                          3 次元計算の困難さ グリッド数が膨大になる( N = 106 rarr 109 )

                          23

                          内容

                          1 イントロダクション2 これまでの研究について

                          1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                          3 3次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                          24

                          3 次元浮上磁場計算

                          セットアップ 2 次元計算と同じ初期条件

                          25-400 xH0 +400

                          zH0

                          +250

                          -200 yH0-200

                          +200

                          LX = 160000 km

                          LZ = 90000 km

                          NX timesNYtimesNZ

                          =512times256times1024=108 (非一様グリッド)

                          LY = 80000 km

                          3 次元浮上磁場計算

                          磁場強度 log(BB0)

                          26

                          bullxlt0 ygt0 のみ表示bull表面付近で水平に広がった構造をとるbull上空に複数の磁気ドームを形成する

                          3 次元浮上磁場計算

                          磁束高度浮上速度の時間発展

                          27

                          3 次元浮上磁場計算

                          光球面磁場 BZB0

                          28

                          Fan (2001)

                          3 次元浮上磁場計算

                          光球面磁場 BZB0 と磁力線

                          29

                          bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

                          3 次元浮上磁場計算

                          結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

                          30

                          3 次元浮上磁場計算

                          議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

                          された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

                          される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

                          ているようではない

                          31

                          Zwaan (1985)

                          3 次元浮上磁場計算

                          議論 光球面で「交換モード不安定」によ

                          る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

                          32Strous amp Zwaan (1999)

                          3 次元浮上磁場計算

                          議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

                          が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

                          33

                          3 次元浮上磁場計算

                          議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

                          浮上するとフットポイントが移動する

                          34

                          Outer fields Inner fields

                          内容

                          1 イントロダクション2 これまでの研究について

                          1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                          3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                          35

                          まとめ

                          深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                          磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                          36

                          観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                          光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                          今後の課題

                          複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                          黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                          パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                          輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                          37

                          FinThank you for your attention

                          1 Introduction

                          39

                          2 Previous 2D Works

                          40

                          3 3D Calculation

                          41

                          4 Summary and Future Works

                          42

                          4 What to Study in HAO

                          43

                          What to Study in HAO

                          Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                          Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                          Others Interaction between emerging flux and the convection

                          44

                          2-4 2D Parameter Study

                          45

                          Parameter Study

                          Varying

                          Field strength BX

                          Total flux Φ

                          to study the condition of the flux emergence

                          Total flux Φ

                          Field strength BX

                          46

                          Parameter Study

                          two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                          dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                          47

                          Parameter Study

                          Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                          48

                          Parameter Study BX-Φ too strong

                          49

                          Density field lines and velocity vectors

                          Parameter Study

                          Two-step emergencebullfield strength is too strong

                          50

                          Parameter Survey

                          Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                          51

                          Parameter Survey

                          times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                          52

                          Parameter Survey BX-Φ weak

                          53

                          Density field lines and velocity vectors

                          Parameter Survey

                          times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                          54

                          Parameter Survey BX-Φ weak

                          55

                          Density field lines and velocity vectors

                          Parameter Study

                          Varying

                          Field strength BX

                          Initial twist q

                          to study the condition of the flux emergence

                          Initial twist q

                          Field strength BX

                          56

                          Parameter Study

                          Varying axial field strength BX

                          57

                          Parameter Study typical case

                          Varying axial field strength BX

                          58

                          59

                          Density Field Lines and Velocity Vectors

                          Parameter Study typical case

                          Parameter Study BX strong

                          Varying axial field strength BX

                          60

                          61

                          Density Field Lines and Velocity Vectors

                          Parameter Study BX strong

                          Parameter Study BX weak

                          Varying axial field strength BX

                          62

                          63

                          Density Field Lines and Velocity Vectors

                          Parameter Study BX weak

                          Parameter Study

                          Varying initial twist q

                          64

                          Parameter Study q weak

                          Varying initial twist q

                          65

                          66

                          Density Field Lines and Velocity Vectors

                          Parameter Study q weak

                          3-1 Setup and Results

                          67

                          Setup

                          Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                          qH0=01 case rarr

                          68

                          rqrBrB x

                          2

                          tube

                          2

                          tube expR

                          rBrBx

                          3-2 Summary of 3D Work

                          69

                          Appendix

                          70

                          Active Regions and Emerging Flux

                          71

                          North Pole

                          Equator

                          Convection Zone

                          Radiative Zone

                          Core

                          Zwaan (1985)

                          Active Regions and Emerging Flux

                          Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                          (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                          72

                          North Pole

                          Equator

                          Convection Zone

                          Radiative Zone

                          Core

                          2-1 2D calculations

                          73

                          Apex of the Emerging Loop

                          Height Zapex

                          Rise Velocity VZapex

                          Surfacerarr

                          74

                          -20000 kmrarr

                          Axial Calculation Results

                          Magneticflux

                          Accumulateddensity

                          Magneticflux

                          Accumulateddensity

                          Accumulateddensity

                          Magneticflux

                          Deceleration near the Surface

                          Accumulated density

                          75

                          0 t

                          2-2 Cross-sectional Calculation

                          76

                          2-3 Summary of 2D Works

                          77

                          2-2 Smaller-scale 3D Works

                          78

                          Results qH0=040 (rapid two-step)

                          79

                          Results qH0=015 (slow two-step)

                          80

                          Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                          81

                          Results qH0=015 (slow two-step)

                          Logarithmic density

                          Summary of 3D Work

                          Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                          Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                          82

                          Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                          decelerates and

                          expands horizontally

                          Otsuji et al (2010)83

                          Observation

                          Results qH0=005 (failed)

                          84

                          Results

                          Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                          85

                          q large

                          q small

                          Results

                          Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                          86

                          Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                          Results

                          Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                          87

                          Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                          Results

                          Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                          q large obeys the initial

                          q2 law because the tube

                          keeps its coherency q small Emag increases

                          because it takes more time

                          to emerge to the corona

                          and Emag is stored in the

                          photospheric tongue 88

                          dVB

                          Ez

                          0

                          2

                          mag 8

                          Results

                          Cross-section when

                          the apex reaches zH0=40

                          89

                          Large-scale 3D calculation

                          Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                          90

                          Large-scale 3D calculation

                          Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                          91

                          Large-scale 3D calculation

                          Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                          92

                          Observation

                          Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                          decelerates and

                          expands horizontally

                          Otsuji et al (2010)93

                          イントロダクション

                          ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                          考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                          (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                          94

                          数値モデル

                          初期磁束管 exp型分布

                          ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                          磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                          磁束管の内部圧力を

                            と表すこのとき force balance

                           が保たれるよう

                           とする

                          rqrBrB x

                          2

                          tube

                          2

                          tube expR

                          rBrBx

                          r

                          BBB

                          dr

                          d

                          dr

                          dp x

                          48

                          222

                          exc

                          222

                          tube2exc 1

                          28

                          1xBr

                          Rqp

                          rpzpzyp excsi

                          B

                          x

                          r

                          B

                          BX

                          2πr

                          95

                          議論とまとめ

                          結果の比較

                          物理量 軸方向計算 断面方向計算

                          初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                          総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                          初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                          磁束管の半径 1000 km

                          初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                          1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                          減速した深さ -10000 km -5000 km

                          96

                          断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                          議論とまとめ

                          3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                          軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                          総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                          考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                          倍 )

                          将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                          97

                          1 G = 10-4 T = 105 nT

                          太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                          太陽と磁場

                          Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                          98

                          活動領域と浮上磁場

                          活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                          磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                          太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                          Zwaan (1985)

                          Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                          99

                          磁気浮力と Parker 不安定性

                          磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                          る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                          Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                          内圧 Pi 磁気圧 Pm

                          外圧 Pe

                          ggf ieb )(

                          100

                          活動領域と浮上磁場

                          AR 10926

                          101

                          磁束浮上シミュレーション

                          磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                          102

                          対流層内部における近似計算

                          ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                          た 細管近似

                          対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                          物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                          Caligari et al (1995)

                          103

                          対流層内部における近似計算

                          非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                          大きく上回る したがって音速を数値計算

                          中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                          Fan (2001a)104

                          対流層内部における近似計算 (22)

                          しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                          細管近似は深さ数万 km で破たんする

                          したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                          105

                          浮上磁場シミュレーション

                          光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                          的にコロナへ浮上

                          対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                          Shibata et al (1989) 106

                          光球付近での減速機構

                          光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                          Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                          Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                          Magara (2001)

                          107

                          本研究の目的 (12)

                          上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                          しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                          対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                          しかし近似は対流層上部で破たんする

                          したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                          108

                          本研究の目的 (22)

                          そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                          対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                          典型波長 ~ 数 10 万 km

                          典型波長 ~ 数 1000 km109

                          本研究の目的

                          減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                          2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                          典型波長 ~ 数 10 万 km

                          典型波長 ~ 数 1000 km110

                          数値モデル

                          初期条件

                          xH-400 0 400

                          zH

                          200

                          100

                          -200

                          -100

                          NX timesNZ

                          =1536times1920

                          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                          磁束の厚さD = 1000 km

                          磁束の深さ -20000 km

                          光球 (等温 ) = 対流安定

                          111

                          LX = 16 万 km

                          LZ = 8 万 km

                          数値モデル (22)

                          対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                          無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                          速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                          時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                          密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                          圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                          温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                          磁場強度 B0 = 300 G 112

                          数値モデル (23)

                          初期条件 (z 方向分布 )

                          磁場BX

                          密度ρ

                          圧力 p

                          温度 T

                          対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                          113

                          数値モデル (24)

                          境界条件

                          -400 0 400

                          200

                          100

                          -200

                          -100

                          周期境界 対称境界

                          減衰領域

                          x H0

                          z H0

                          114

                          数値モデル (14)

                          初期条件

                          x H0

                          -400 0 400

                          z H0

                          200

                          100

                          -200

                          -100

                          NZ=1920

                          NX=1536

                          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                          width D

                          z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                          115

                          減速の物理 (34)

                          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                          116

                          減速の物理 (34)

                          磁束シート上のプラズマ

                          シート上にプラズマが蓄積する

                          磁束シートの浮上

                          磁束シートが平らになる

                          減速

                          117

                          光球付近における減速

                          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                          磁場

                          密度差

                          磁場

                          密度差密度差

                          磁場

                          118

                          5 パラメータ研究

                          119

                          パラメータ研究 (111)

                          磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                          総磁束量 Φ

                          を変えた計算を行った

                          総磁束量 Φ

                          磁場強度 BX

                          120

                          パラメータ研究 (211)

                          2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                          点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                          121

                          パラメータ研究 (311)

                          減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                          122

                          パラメータ研究 (511)

                          2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                          123

                          パラメータ研究 (611)

                          2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                          124

                          パラメータ研究 (711)

                          times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                          125

                          パラメータ研究 (811)

                          密度磁力線速度場126

                          パラメータ研究 (911)

                          対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                          EmagEkin lt 1

                          127

                          パラメータ研究 (1011)

                          times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                          軸方向計算のまとめ

                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                          減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                          129

                          断面方向計算のまとめ

                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                          減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                          130

                          Resistive Emergence Model

                          Pariat et al (2004) Model established through

                          observations Isobe et al (2007)

                          2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                          3D simulations131

                          Preceding Studies(13)

                          Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                          force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                          that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                          132

                          Preceding Studies(23)

                          Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                          persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                          133

                          Preceding Studies(33)

                          Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                          gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                          Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                          zzz pF BJg

                          134

                          Parameter Survey and Discussion (99)

                          135

                          Parameter Survey and Discussion (89)

                          Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                          magnetic flux 104 G 1017 Mx

                           rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                           rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                           rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                          Moreno-Insertis et al (1995)

                          136

                          3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                          137

                          Introduction of Miyagoshi et al

                          Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                          138

                          Introduction of Miyagoshi et al

                          Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                          twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                          139

                          Introduction of Miyagoshi et al

                          Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                          emerged

                          q large direct emergence without a tongue

                          q small two-step emergence with a tongue

                          140

                          Introduction of Miyagoshi et al

                          Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                          141

                          Introduction of Miyagoshi et al

                          Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                          Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                          142

                          Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                          Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                          Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                          Radius Rtube 5 25

                          Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                          Initial depth ztube -10 -10

                          Convection zone Unstable Neutrally stable

                          Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                          Result Every q emerged q=01 failed

                          Introduction of Miyagoshi et al

                          Miyagoshi et al Initial condition

                          plasma β = P Pmag lt 1

                          at the tube top Strong tubehellip

                          143

                          Introduction of Miyagoshi et al

                          Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                          on the initial twist q

                          q large direct emergence

                            Emag increases with q q small two-step emergence

                            Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                          144

                          dVB

                          E corona

                          2

                          mag 8

                          Setup and Results

                          Conditions

                          q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                          145

                          Our case Murray et al (2006)

                          Flux tube Gaussian type Gaussian type

                          Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                          Radius Rtube 25 25

                          Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                          Initial depth ztube -10 -10

                          Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                          Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                          Result qlt01 failed q=01 failed

                          セットアップと計算結果

                          結果 (x=0)

                          146

                          セットアップと計算結果

                          結果 (y=0)

                          147

                          • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                          • 内容
                          • 内容 (2)
                          • 太陽活動と磁場
                          • 活動領域と浮上磁場
                          • 活動領域と浮上磁場 (2)
                          • 活動領域と浮上磁場 (3)
                          • 活動領域と浮上磁場 (4)
                          • 先行研究の概観
                          • 浮上磁場研究の問題点課題
                          • 本研究の目的
                          • 内容 (3)
                          • 2次元計算2つのモード
                          • 内容 (4)
                          • 2次元軸方向計算
                          • Slide 16
                          • 光球付近における減速
                          • パラメータ研究
                          • 内容 (5)
                          • 25次元断面方向計算
                          • Slide 21
                          • パラメータ研究 (2)
                          • 2次元計算のまとめ
                          • 内容 (6)
                          • 3次元浮上磁場計算
                          • 3次元浮上磁場計算 (2)
                          • 3次元浮上磁場計算 (3)
                          • 3次元浮上磁場計算 (4)
                          • 3次元浮上磁場計算 (5)
                          • 3次元浮上磁場計算 (6)
                          • 3次元浮上磁場計算 (7)
                          • 3次元浮上磁場計算 (8)
                          • 3次元浮上磁場計算 (9)
                          • 3次元浮上磁場計算 (10)
                          • 内容 (7)
                          • まとめ
                          • 今後の課題
                          • Fin
                          • 1 Introduction
                          • 2 Previous 2D Works
                          • 3 3D Calculation
                          • 4 Summary and Future Works
                          • 4 What to Study in HAO
                          • What to Study in HAO
                          • 2-4 2D Parameter Study
                          • Parameter Study
                          • Parameter Study (2)
                          • Parameter Study (3)
                          • Parameter Study BX-Φ too strong
                          • Parameter Study (4)
                          • Parameter Survey
                          • Parameter Survey (2)
                          • Parameter Survey BX-Φ weak
                          • Parameter Survey (3)
                          • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                          • Parameter Study (5)
                          • Parameter Study (6)
                          • Parameter Study typical case
                          • Slide 59
                          • Parameter Study BX strong
                          • Slide 61
                          • Parameter Study BX weak
                          • Slide 63
                          • Parameter Study (7)
                          • Parameter Study q weak
                          • Slide 66
                          • 3-1 Setup and Results
                          • Setup
                          • 3-2 Summary of 3D Work
                          • Appendix
                          • Active Regions and Emerging Flux
                          • Active Regions and Emerging Flux (2)
                          • 2-1 2D calculations
                          • Slide 74
                          • Deceleration near the Surface
                          • 2-2 Cross-sectional Calculation
                          • 2-3 Summary of 2D Works
                          • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                          • Results qH0=040 (rapid two-step)
                          • Results qH0=015 (slow two-step)
                          • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                          • Summary of 3D Work
                          • Observation
                          • Results qH0=005 (failed)
                          • Results
                          • Results (2)
                          • Results (3)
                          • Results (4)
                          • Results (5)
                          • Large-scale 3D calculation
                          • Large-scale 3D calculation (2)
                          • Large-scale 3D calculation (3)
                          • Observation (2)
                          • イントロダクション
                          • 数値モデル
                          • 議論とまとめ
                          • 議論とまとめ (2)
                          • 太陽と磁場
                          • 活動領域と浮上磁場 (5)
                          • 磁気浮力とParker不安定性
                          • 活動領域と浮上磁場 (6)
                          • 磁束浮上シミュレーション
                          • 対流層内部における近似計算
                          • 対流層内部における近似計算 (2)
                          • 対流層内部における近似計算 (22)
                          • 浮上磁場シミュレーション
                          • 光球付近での減速機構
                          • 本研究の目的 (12)
                          • 本研究の目的 (22)
                          • 本研究の目的 (4)
                          • 数値モデル (2)
                          • 数値モデル (22)
                          • 数値モデル (23)
                          • 数値モデル (24)
                          • 数値モデル (14)
                          • 減速の物理 (34)
                          • 減速の物理 (34) (2)
                          • 光球付近における減速 (2)
                          • 5 パラメータ研究
                          • パラメータ研究 (111)
                          • パラメータ研究 (211)
                          • パラメータ研究 (311)
                          • パラメータ研究 (511)
                          • パラメータ研究 (611)
                          • パラメータ研究 (711)
                          • パラメータ研究 (811)
                          • パラメータ研究 (911)
                          • パラメータ研究 (1011)
                          • 軸方向計算のまとめ
                          • 断面方向計算のまとめ
                          • Resistive Emergence Model
                          • Preceding Studies(13)
                          • Preceding Studies(23)
                          • Preceding Studies(33)
                          • Parameter Survey and Discussion (99)
                          • Parameter Survey and Discussion (89)
                          • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                          • Introduction of Miyagoshi et al
                          • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                          • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                          • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                          • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                          • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                          • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                          • Setup and Results
                          • セットアップと計算結果
                          • セットアップと計算結果 (2)

                            内容

                            1 イントロダクション2 これまでの研究について

                            1 2次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                            3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                            14

                            2 次元軸方向計算

                            セットアップ

                            xH0

                            zH0

                            NX timesNZ

                            =1536times1920

                            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(底面積 Dtimes10D の直方体を仮定)

                            磁束の厚さD = 1000 km

                            磁束管の初期深度 -20000 km

                            光球は等温成層= 対流安定

                            15

                            LX = 160000 km

                            LZ = 80000 km

                            -400 +400

                            +200

                            -200

                            密度磁力線速度場16

                            2 次元軸方向計算

                            光球付近における減速

                            磁束上の流体 磁束が浮上すると流体が磁束上に蓄積する 光球は対流安定なので流体は光球を突破できない蓄積した磁束上の流体が磁束の浮上を抑制する

                            17

                            パラメータ研究

                            現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

                            磁場強度 B = 104 G 総磁束量 Φ = 1021-1022 Mx

                            18

                            内容

                            1 イントロダクション2 これまでの研究について

                            1 2 次元軸方向計算2 25次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                            3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                            19

                            25 次元断面方向計算

                            セットアップ

                            BX = 15times104 G Φ = 47times1020 Mx

                            20

                            LY = 160000 km

                            LZ = 80000 km

                            磁束管半径D = 1000 km

                            磁束管初期深度 -20000 km

                            yH0

                            zH0

                            NX timesNZ

                            =1536times1920 -400 +400

                            +200

                            -200

                            光球は等温成層= 対流安定

                            21

                            25 次元断面方向計算

                            密度磁力線速度場

                            パラメータ研究

                            現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

                            磁場強度 B = 15times104 G ねじれ強度 gt 50times10-4 km -1

                            22

                            +=

                            2 次元計算のまとめ

                            深さ 2 万 km からの磁束浮上計算 光球付近で減速し水平に広がった構造を形成する B = 104 G Φ = 1021-1022 Mx ねじれ gt 50times10-4 km-1

                            減速の物理 磁束上の流体は光球面を突破しづらいため下方の磁束を抑制する

                            軸方向計算と断面方向計算断面方向の浮上が速い 断面計算では磁束上の流体が流れ落ちるため

                            3 次元計算の困難さ グリッド数が膨大になる( N = 106 rarr 109 )

                            23

                            内容

                            1 イントロダクション2 これまでの研究について

                            1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                            3 3次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                            24

                            3 次元浮上磁場計算

                            セットアップ 2 次元計算と同じ初期条件

                            25-400 xH0 +400

                            zH0

                            +250

                            -200 yH0-200

                            +200

                            LX = 160000 km

                            LZ = 90000 km

                            NX timesNYtimesNZ

                            =512times256times1024=108 (非一様グリッド)

                            LY = 80000 km

                            3 次元浮上磁場計算

                            磁場強度 log(BB0)

                            26

                            bullxlt0 ygt0 のみ表示bull表面付近で水平に広がった構造をとるbull上空に複数の磁気ドームを形成する

                            3 次元浮上磁場計算

                            磁束高度浮上速度の時間発展

                            27

                            3 次元浮上磁場計算

                            光球面磁場 BZB0

                            28

                            Fan (2001)

                            3 次元浮上磁場計算

                            光球面磁場 BZB0 と磁力線

                            29

                            bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

                            3 次元浮上磁場計算

                            結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

                            30

                            3 次元浮上磁場計算

                            議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

                            された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

                            される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

                            ているようではない

                            31

                            Zwaan (1985)

                            3 次元浮上磁場計算

                            議論 光球面で「交換モード不安定」によ

                            る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

                            32Strous amp Zwaan (1999)

                            3 次元浮上磁場計算

                            議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

                            が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

                            33

                            3 次元浮上磁場計算

                            議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

                            浮上するとフットポイントが移動する

                            34

                            Outer fields Inner fields

                            内容

                            1 イントロダクション2 これまでの研究について

                            1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                            3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                            35

                            まとめ

                            深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                            磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                            36

                            観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                            光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                            今後の課題

                            複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                            黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                            パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                            輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                            37

                            FinThank you for your attention

                            1 Introduction

                            39

                            2 Previous 2D Works

                            40

                            3 3D Calculation

                            41

                            4 Summary and Future Works

                            42

                            4 What to Study in HAO

                            43

                            What to Study in HAO

                            Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                            Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                            Others Interaction between emerging flux and the convection

                            44

                            2-4 2D Parameter Study

                            45

                            Parameter Study

                            Varying

                            Field strength BX

                            Total flux Φ

                            to study the condition of the flux emergence

                            Total flux Φ

                            Field strength BX

                            46

                            Parameter Study

                            two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                            dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                            47

                            Parameter Study

                            Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                            48

                            Parameter Study BX-Φ too strong

                            49

                            Density field lines and velocity vectors

                            Parameter Study

                            Two-step emergencebullfield strength is too strong

                            50

                            Parameter Survey

                            Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                            51

                            Parameter Survey

                            times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                            52

                            Parameter Survey BX-Φ weak

                            53

                            Density field lines and velocity vectors

                            Parameter Survey

                            times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                            54

                            Parameter Survey BX-Φ weak

                            55

                            Density field lines and velocity vectors

                            Parameter Study

                            Varying

                            Field strength BX

                            Initial twist q

                            to study the condition of the flux emergence

                            Initial twist q

                            Field strength BX

                            56

                            Parameter Study

                            Varying axial field strength BX

                            57

                            Parameter Study typical case

                            Varying axial field strength BX

                            58

                            59

                            Density Field Lines and Velocity Vectors

                            Parameter Study typical case

                            Parameter Study BX strong

                            Varying axial field strength BX

                            60

                            61

                            Density Field Lines and Velocity Vectors

                            Parameter Study BX strong

                            Parameter Study BX weak

                            Varying axial field strength BX

                            62

                            63

                            Density Field Lines and Velocity Vectors

                            Parameter Study BX weak

                            Parameter Study

                            Varying initial twist q

                            64

                            Parameter Study q weak

                            Varying initial twist q

                            65

                            66

                            Density Field Lines and Velocity Vectors

                            Parameter Study q weak

                            3-1 Setup and Results

                            67

                            Setup

                            Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                            qH0=01 case rarr

                            68

                            rqrBrB x

                            2

                            tube

                            2

                            tube expR

                            rBrBx

                            3-2 Summary of 3D Work

                            69

                            Appendix

                            70

                            Active Regions and Emerging Flux

                            71

                            North Pole

                            Equator

                            Convection Zone

                            Radiative Zone

                            Core

                            Zwaan (1985)

                            Active Regions and Emerging Flux

                            Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                            (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                            72

                            North Pole

                            Equator

                            Convection Zone

                            Radiative Zone

                            Core

                            2-1 2D calculations

                            73

                            Apex of the Emerging Loop

                            Height Zapex

                            Rise Velocity VZapex

                            Surfacerarr

                            74

                            -20000 kmrarr

                            Axial Calculation Results

                            Magneticflux

                            Accumulateddensity

                            Magneticflux

                            Accumulateddensity

                            Accumulateddensity

                            Magneticflux

                            Deceleration near the Surface

                            Accumulated density

                            75

                            0 t

                            2-2 Cross-sectional Calculation

                            76

                            2-3 Summary of 2D Works

                            77

                            2-2 Smaller-scale 3D Works

                            78

                            Results qH0=040 (rapid two-step)

                            79

                            Results qH0=015 (slow two-step)

                            80

                            Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                            81

                            Results qH0=015 (slow two-step)

                            Logarithmic density

                            Summary of 3D Work

                            Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                            Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                            82

                            Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                            decelerates and

                            expands horizontally

                            Otsuji et al (2010)83

                            Observation

                            Results qH0=005 (failed)

                            84

                            Results

                            Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                            85

                            q large

                            q small

                            Results

                            Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                            86

                            Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                            Results

                            Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                            87

                            Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                            Results

                            Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                            q large obeys the initial

                            q2 law because the tube

                            keeps its coherency q small Emag increases

                            because it takes more time

                            to emerge to the corona

                            and Emag is stored in the

                            photospheric tongue 88

                            dVB

                            Ez

                            0

                            2

                            mag 8

                            Results

                            Cross-section when

                            the apex reaches zH0=40

                            89

                            Large-scale 3D calculation

                            Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                            90

                            Large-scale 3D calculation

                            Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                            91

                            Large-scale 3D calculation

                            Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                            92

                            Observation

                            Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                            decelerates and

                            expands horizontally

                            Otsuji et al (2010)93

                            イントロダクション

                            ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                            考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                            (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                            94

                            数値モデル

                            初期磁束管 exp型分布

                            ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                            磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                            磁束管の内部圧力を

                              と表すこのとき force balance

                             が保たれるよう

                             とする

                            rqrBrB x

                            2

                            tube

                            2

                            tube expR

                            rBrBx

                            r

                            BBB

                            dr

                            d

                            dr

                            dp x

                            48

                            222

                            exc

                            222

                            tube2exc 1

                            28

                            1xBr

                            Rqp

                            rpzpzyp excsi

                            B

                            x

                            r

                            B

                            BX

                            2πr

                            95

                            議論とまとめ

                            結果の比較

                            物理量 軸方向計算 断面方向計算

                            初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                            総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                            初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                            磁束管の半径 1000 km

                            初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                            1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                            減速した深さ -10000 km -5000 km

                            96

                            断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                            議論とまとめ

                            3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                            軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                            総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                            考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                            倍 )

                            将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                            97

                            1 G = 10-4 T = 105 nT

                            太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                            太陽と磁場

                            Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                            98

                            活動領域と浮上磁場

                            活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                            磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                            太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                            Zwaan (1985)

                            Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                            99

                            磁気浮力と Parker 不安定性

                            磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                            る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                            Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                            内圧 Pi 磁気圧 Pm

                            外圧 Pe

                            ggf ieb )(

                            100

                            活動領域と浮上磁場

                            AR 10926

                            101

                            磁束浮上シミュレーション

                            磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                            102

                            対流層内部における近似計算

                            ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                            た 細管近似

                            対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                            物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                            Caligari et al (1995)

                            103

                            対流層内部における近似計算

                            非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                            大きく上回る したがって音速を数値計算

                            中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                            Fan (2001a)104

                            対流層内部における近似計算 (22)

                            しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                            細管近似は深さ数万 km で破たんする

                            したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                            105

                            浮上磁場シミュレーション

                            光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                            的にコロナへ浮上

                            対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                            Shibata et al (1989) 106

                            光球付近での減速機構

                            光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                            Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                            Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                            Magara (2001)

                            107

                            本研究の目的 (12)

                            上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                            しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                            対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                            しかし近似は対流層上部で破たんする

                            したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                            108

                            本研究の目的 (22)

                            そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                            対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                            典型波長 ~ 数 10 万 km

                            典型波長 ~ 数 1000 km109

                            本研究の目的

                            減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                            2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                            典型波長 ~ 数 10 万 km

                            典型波長 ~ 数 1000 km110

                            数値モデル

                            初期条件

                            xH-400 0 400

                            zH

                            200

                            100

                            -200

                            -100

                            NX timesNZ

                            =1536times1920

                            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                            磁束の厚さD = 1000 km

                            磁束の深さ -20000 km

                            光球 (等温 ) = 対流安定

                            111

                            LX = 16 万 km

                            LZ = 8 万 km

                            数値モデル (22)

                            対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                            無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                            速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                            時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                            密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                            圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                            温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                            磁場強度 B0 = 300 G 112

                            数値モデル (23)

                            初期条件 (z 方向分布 )

                            磁場BX

                            密度ρ

                            圧力 p

                            温度 T

                            対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                            113

                            数値モデル (24)

                            境界条件

                            -400 0 400

                            200

                            100

                            -200

                            -100

                            周期境界 対称境界

                            減衰領域

                            x H0

                            z H0

                            114

                            数値モデル (14)

                            初期条件

                            x H0

                            -400 0 400

                            z H0

                            200

                            100

                            -200

                            -100

                            NZ=1920

                            NX=1536

                            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                            width D

                            z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                            115

                            減速の物理 (34)

                            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                            116

                            減速の物理 (34)

                            磁束シート上のプラズマ

                            シート上にプラズマが蓄積する

                            磁束シートの浮上

                            磁束シートが平らになる

                            減速

                            117

                            光球付近における減速

                            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                            磁場

                            密度差

                            磁場

                            密度差密度差

                            磁場

                            118

                            5 パラメータ研究

                            119

                            パラメータ研究 (111)

                            磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                            総磁束量 Φ

                            を変えた計算を行った

                            総磁束量 Φ

                            磁場強度 BX

                            120

                            パラメータ研究 (211)

                            2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                            点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                            121

                            パラメータ研究 (311)

                            減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                            122

                            パラメータ研究 (511)

                            2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                            123

                            パラメータ研究 (611)

                            2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                            124

                            パラメータ研究 (711)

                            times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                            125

                            パラメータ研究 (811)

                            密度磁力線速度場126

                            パラメータ研究 (911)

                            対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                            EmagEkin lt 1

                            127

                            パラメータ研究 (1011)

                            times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                            軸方向計算のまとめ

                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                            減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                            129

                            断面方向計算のまとめ

                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                            減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                            130

                            Resistive Emergence Model

                            Pariat et al (2004) Model established through

                            observations Isobe et al (2007)

                            2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                            3D simulations131

                            Preceding Studies(13)

                            Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                            force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                            that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                            132

                            Preceding Studies(23)

                            Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                            persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                            133

                            Preceding Studies(33)

                            Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                            gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                            Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                            zzz pF BJg

                            134

                            Parameter Survey and Discussion (99)

                            135

                            Parameter Survey and Discussion (89)

                            Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                            magnetic flux 104 G 1017 Mx

                             rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                             rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                             rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                            Moreno-Insertis et al (1995)

                            136

                            3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                            137

                            Introduction of Miyagoshi et al

                            Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                            138

                            Introduction of Miyagoshi et al

                            Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                            twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                            139

                            Introduction of Miyagoshi et al

                            Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                            emerged

                            q large direct emergence without a tongue

                            q small two-step emergence with a tongue

                            140

                            Introduction of Miyagoshi et al

                            Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                            141

                            Introduction of Miyagoshi et al

                            Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                            Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                            142

                            Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                            Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                            Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                            Radius Rtube 5 25

                            Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                            Initial depth ztube -10 -10

                            Convection zone Unstable Neutrally stable

                            Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                            Result Every q emerged q=01 failed

                            Introduction of Miyagoshi et al

                            Miyagoshi et al Initial condition

                            plasma β = P Pmag lt 1

                            at the tube top Strong tubehellip

                            143

                            Introduction of Miyagoshi et al

                            Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                            on the initial twist q

                            q large direct emergence

                              Emag increases with q q small two-step emergence

                              Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                            144

                            dVB

                            E corona

                            2

                            mag 8

                            Setup and Results

                            Conditions

                            q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                            145

                            Our case Murray et al (2006)

                            Flux tube Gaussian type Gaussian type

                            Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                            Radius Rtube 25 25

                            Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                            Initial depth ztube -10 -10

                            Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                            Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                            Result qlt01 failed q=01 failed

                            セットアップと計算結果

                            結果 (x=0)

                            146

                            セットアップと計算結果

                            結果 (y=0)

                            147

                            • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                            • 内容
                            • 内容 (2)
                            • 太陽活動と磁場
                            • 活動領域と浮上磁場
                            • 活動領域と浮上磁場 (2)
                            • 活動領域と浮上磁場 (3)
                            • 活動領域と浮上磁場 (4)
                            • 先行研究の概観
                            • 浮上磁場研究の問題点課題
                            • 本研究の目的
                            • 内容 (3)
                            • 2次元計算2つのモード
                            • 内容 (4)
                            • 2次元軸方向計算
                            • Slide 16
                            • 光球付近における減速
                            • パラメータ研究
                            • 内容 (5)
                            • 25次元断面方向計算
                            • Slide 21
                            • パラメータ研究 (2)
                            • 2次元計算のまとめ
                            • 内容 (6)
                            • 3次元浮上磁場計算
                            • 3次元浮上磁場計算 (2)
                            • 3次元浮上磁場計算 (3)
                            • 3次元浮上磁場計算 (4)
                            • 3次元浮上磁場計算 (5)
                            • 3次元浮上磁場計算 (6)
                            • 3次元浮上磁場計算 (7)
                            • 3次元浮上磁場計算 (8)
                            • 3次元浮上磁場計算 (9)
                            • 3次元浮上磁場計算 (10)
                            • 内容 (7)
                            • まとめ
                            • 今後の課題
                            • Fin
                            • 1 Introduction
                            • 2 Previous 2D Works
                            • 3 3D Calculation
                            • 4 Summary and Future Works
                            • 4 What to Study in HAO
                            • What to Study in HAO
                            • 2-4 2D Parameter Study
                            • Parameter Study
                            • Parameter Study (2)
                            • Parameter Study (3)
                            • Parameter Study BX-Φ too strong
                            • Parameter Study (4)
                            • Parameter Survey
                            • Parameter Survey (2)
                            • Parameter Survey BX-Φ weak
                            • Parameter Survey (3)
                            • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                            • Parameter Study (5)
                            • Parameter Study (6)
                            • Parameter Study typical case
                            • Slide 59
                            • Parameter Study BX strong
                            • Slide 61
                            • Parameter Study BX weak
                            • Slide 63
                            • Parameter Study (7)
                            • Parameter Study q weak
                            • Slide 66
                            • 3-1 Setup and Results
                            • Setup
                            • 3-2 Summary of 3D Work
                            • Appendix
                            • Active Regions and Emerging Flux
                            • Active Regions and Emerging Flux (2)
                            • 2-1 2D calculations
                            • Slide 74
                            • Deceleration near the Surface
                            • 2-2 Cross-sectional Calculation
                            • 2-3 Summary of 2D Works
                            • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                            • Results qH0=040 (rapid two-step)
                            • Results qH0=015 (slow two-step)
                            • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                            • Summary of 3D Work
                            • Observation
                            • Results qH0=005 (failed)
                            • Results
                            • Results (2)
                            • Results (3)
                            • Results (4)
                            • Results (5)
                            • Large-scale 3D calculation
                            • Large-scale 3D calculation (2)
                            • Large-scale 3D calculation (3)
                            • Observation (2)
                            • イントロダクション
                            • 数値モデル
                            • 議論とまとめ
                            • 議論とまとめ (2)
                            • 太陽と磁場
                            • 活動領域と浮上磁場 (5)
                            • 磁気浮力とParker不安定性
                            • 活動領域と浮上磁場 (6)
                            • 磁束浮上シミュレーション
                            • 対流層内部における近似計算
                            • 対流層内部における近似計算 (2)
                            • 対流層内部における近似計算 (22)
                            • 浮上磁場シミュレーション
                            • 光球付近での減速機構
                            • 本研究の目的 (12)
                            • 本研究の目的 (22)
                            • 本研究の目的 (4)
                            • 数値モデル (2)
                            • 数値モデル (22)
                            • 数値モデル (23)
                            • 数値モデル (24)
                            • 数値モデル (14)
                            • 減速の物理 (34)
                            • 減速の物理 (34) (2)
                            • 光球付近における減速 (2)
                            • 5 パラメータ研究
                            • パラメータ研究 (111)
                            • パラメータ研究 (211)
                            • パラメータ研究 (311)
                            • パラメータ研究 (511)
                            • パラメータ研究 (611)
                            • パラメータ研究 (711)
                            • パラメータ研究 (811)
                            • パラメータ研究 (911)
                            • パラメータ研究 (1011)
                            • 軸方向計算のまとめ
                            • 断面方向計算のまとめ
                            • Resistive Emergence Model
                            • Preceding Studies(13)
                            • Preceding Studies(23)
                            • Preceding Studies(33)
                            • Parameter Survey and Discussion (99)
                            • Parameter Survey and Discussion (89)
                            • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                            • Introduction of Miyagoshi et al
                            • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                            • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                            • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                            • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                            • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                            • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                            • Setup and Results
                            • セットアップと計算結果
                            • セットアップと計算結果 (2)

                              2 次元軸方向計算

                              セットアップ

                              xH0

                              zH0

                              NX timesNZ

                              =1536times1920

                              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(底面積 Dtimes10D の直方体を仮定)

                              磁束の厚さD = 1000 km

                              磁束管の初期深度 -20000 km

                              光球は等温成層= 対流安定

                              15

                              LX = 160000 km

                              LZ = 80000 km

                              -400 +400

                              +200

                              -200

                              密度磁力線速度場16

                              2 次元軸方向計算

                              光球付近における減速

                              磁束上の流体 磁束が浮上すると流体が磁束上に蓄積する 光球は対流安定なので流体は光球を突破できない蓄積した磁束上の流体が磁束の浮上を抑制する

                              17

                              パラメータ研究

                              現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

                              磁場強度 B = 104 G 総磁束量 Φ = 1021-1022 Mx

                              18

                              内容

                              1 イントロダクション2 これまでの研究について

                              1 2 次元軸方向計算2 25次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                              3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                              19

                              25 次元断面方向計算

                              セットアップ

                              BX = 15times104 G Φ = 47times1020 Mx

                              20

                              LY = 160000 km

                              LZ = 80000 km

                              磁束管半径D = 1000 km

                              磁束管初期深度 -20000 km

                              yH0

                              zH0

                              NX timesNZ

                              =1536times1920 -400 +400

                              +200

                              -200

                              光球は等温成層= 対流安定

                              21

                              25 次元断面方向計算

                              密度磁力線速度場

                              パラメータ研究

                              現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

                              磁場強度 B = 15times104 G ねじれ強度 gt 50times10-4 km -1

                              22

                              +=

                              2 次元計算のまとめ

                              深さ 2 万 km からの磁束浮上計算 光球付近で減速し水平に広がった構造を形成する B = 104 G Φ = 1021-1022 Mx ねじれ gt 50times10-4 km-1

                              減速の物理 磁束上の流体は光球面を突破しづらいため下方の磁束を抑制する

                              軸方向計算と断面方向計算断面方向の浮上が速い 断面計算では磁束上の流体が流れ落ちるため

                              3 次元計算の困難さ グリッド数が膨大になる( N = 106 rarr 109 )

                              23

                              内容

                              1 イントロダクション2 これまでの研究について

                              1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                              3 3次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                              24

                              3 次元浮上磁場計算

                              セットアップ 2 次元計算と同じ初期条件

                              25-400 xH0 +400

                              zH0

                              +250

                              -200 yH0-200

                              +200

                              LX = 160000 km

                              LZ = 90000 km

                              NX timesNYtimesNZ

                              =512times256times1024=108 (非一様グリッド)

                              LY = 80000 km

                              3 次元浮上磁場計算

                              磁場強度 log(BB0)

                              26

                              bullxlt0 ygt0 のみ表示bull表面付近で水平に広がった構造をとるbull上空に複数の磁気ドームを形成する

                              3 次元浮上磁場計算

                              磁束高度浮上速度の時間発展

                              27

                              3 次元浮上磁場計算

                              光球面磁場 BZB0

                              28

                              Fan (2001)

                              3 次元浮上磁場計算

                              光球面磁場 BZB0 と磁力線

                              29

                              bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

                              3 次元浮上磁場計算

                              結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

                              30

                              3 次元浮上磁場計算

                              議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

                              された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

                              される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

                              ているようではない

                              31

                              Zwaan (1985)

                              3 次元浮上磁場計算

                              議論 光球面で「交換モード不安定」によ

                              る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

                              32Strous amp Zwaan (1999)

                              3 次元浮上磁場計算

                              議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

                              が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

                              33

                              3 次元浮上磁場計算

                              議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

                              浮上するとフットポイントが移動する

                              34

                              Outer fields Inner fields

                              内容

                              1 イントロダクション2 これまでの研究について

                              1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                              3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                              35

                              まとめ

                              深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                              磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                              36

                              観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                              光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                              今後の課題

                              複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                              黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                              パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                              輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                              37

                              FinThank you for your attention

                              1 Introduction

                              39

                              2 Previous 2D Works

                              40

                              3 3D Calculation

                              41

                              4 Summary and Future Works

                              42

                              4 What to Study in HAO

                              43

                              What to Study in HAO

                              Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                              Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                              Others Interaction between emerging flux and the convection

                              44

                              2-4 2D Parameter Study

                              45

                              Parameter Study

                              Varying

                              Field strength BX

                              Total flux Φ

                              to study the condition of the flux emergence

                              Total flux Φ

                              Field strength BX

                              46

                              Parameter Study

                              two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                              dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                              47

                              Parameter Study

                              Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                              48

                              Parameter Study BX-Φ too strong

                              49

                              Density field lines and velocity vectors

                              Parameter Study

                              Two-step emergencebullfield strength is too strong

                              50

                              Parameter Survey

                              Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                              51

                              Parameter Survey

                              times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                              52

                              Parameter Survey BX-Φ weak

                              53

                              Density field lines and velocity vectors

                              Parameter Survey

                              times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                              54

                              Parameter Survey BX-Φ weak

                              55

                              Density field lines and velocity vectors

                              Parameter Study

                              Varying

                              Field strength BX

                              Initial twist q

                              to study the condition of the flux emergence

                              Initial twist q

                              Field strength BX

                              56

                              Parameter Study

                              Varying axial field strength BX

                              57

                              Parameter Study typical case

                              Varying axial field strength BX

                              58

                              59

                              Density Field Lines and Velocity Vectors

                              Parameter Study typical case

                              Parameter Study BX strong

                              Varying axial field strength BX

                              60

                              61

                              Density Field Lines and Velocity Vectors

                              Parameter Study BX strong

                              Parameter Study BX weak

                              Varying axial field strength BX

                              62

                              63

                              Density Field Lines and Velocity Vectors

                              Parameter Study BX weak

                              Parameter Study

                              Varying initial twist q

                              64

                              Parameter Study q weak

                              Varying initial twist q

                              65

                              66

                              Density Field Lines and Velocity Vectors

                              Parameter Study q weak

                              3-1 Setup and Results

                              67

                              Setup

                              Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                              qH0=01 case rarr

                              68

                              rqrBrB x

                              2

                              tube

                              2

                              tube expR

                              rBrBx

                              3-2 Summary of 3D Work

                              69

                              Appendix

                              70

                              Active Regions and Emerging Flux

                              71

                              North Pole

                              Equator

                              Convection Zone

                              Radiative Zone

                              Core

                              Zwaan (1985)

                              Active Regions and Emerging Flux

                              Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                              (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                              72

                              North Pole

                              Equator

                              Convection Zone

                              Radiative Zone

                              Core

                              2-1 2D calculations

                              73

                              Apex of the Emerging Loop

                              Height Zapex

                              Rise Velocity VZapex

                              Surfacerarr

                              74

                              -20000 kmrarr

                              Axial Calculation Results

                              Magneticflux

                              Accumulateddensity

                              Magneticflux

                              Accumulateddensity

                              Accumulateddensity

                              Magneticflux

                              Deceleration near the Surface

                              Accumulated density

                              75

                              0 t

                              2-2 Cross-sectional Calculation

                              76

                              2-3 Summary of 2D Works

                              77

                              2-2 Smaller-scale 3D Works

                              78

                              Results qH0=040 (rapid two-step)

                              79

                              Results qH0=015 (slow two-step)

                              80

                              Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                              81

                              Results qH0=015 (slow two-step)

                              Logarithmic density

                              Summary of 3D Work

                              Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                              Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                              82

                              Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                              decelerates and

                              expands horizontally

                              Otsuji et al (2010)83

                              Observation

                              Results qH0=005 (failed)

                              84

                              Results

                              Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                              85

                              q large

                              q small

                              Results

                              Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                              86

                              Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                              Results

                              Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                              87

                              Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                              Results

                              Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                              q large obeys the initial

                              q2 law because the tube

                              keeps its coherency q small Emag increases

                              because it takes more time

                              to emerge to the corona

                              and Emag is stored in the

                              photospheric tongue 88

                              dVB

                              Ez

                              0

                              2

                              mag 8

                              Results

                              Cross-section when

                              the apex reaches zH0=40

                              89

                              Large-scale 3D calculation

                              Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                              90

                              Large-scale 3D calculation

                              Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                              91

                              Large-scale 3D calculation

                              Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                              92

                              Observation

                              Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                              decelerates and

                              expands horizontally

                              Otsuji et al (2010)93

                              イントロダクション

                              ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                              考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                              (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                              94

                              数値モデル

                              初期磁束管 exp型分布

                              ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                              磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                              磁束管の内部圧力を

                                と表すこのとき force balance

                               が保たれるよう

                               とする

                              rqrBrB x

                              2

                              tube

                              2

                              tube expR

                              rBrBx

                              r

                              BBB

                              dr

                              d

                              dr

                              dp x

                              48

                              222

                              exc

                              222

                              tube2exc 1

                              28

                              1xBr

                              Rqp

                              rpzpzyp excsi

                              B

                              x

                              r

                              B

                              BX

                              2πr

                              95

                              議論とまとめ

                              結果の比較

                              物理量 軸方向計算 断面方向計算

                              初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                              総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                              初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                              磁束管の半径 1000 km

                              初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                              1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                              減速した深さ -10000 km -5000 km

                              96

                              断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                              議論とまとめ

                              3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                              軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                              総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                              考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                              倍 )

                              将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                              97

                              1 G = 10-4 T = 105 nT

                              太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                              太陽と磁場

                              Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                              98

                              活動領域と浮上磁場

                              活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                              磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                              太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                              Zwaan (1985)

                              Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                              99

                              磁気浮力と Parker 不安定性

                              磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                              る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                              Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                              内圧 Pi 磁気圧 Pm

                              外圧 Pe

                              ggf ieb )(

                              100

                              活動領域と浮上磁場

                              AR 10926

                              101

                              磁束浮上シミュレーション

                              磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                              102

                              対流層内部における近似計算

                              ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                              た 細管近似

                              対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                              物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                              Caligari et al (1995)

                              103

                              対流層内部における近似計算

                              非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                              大きく上回る したがって音速を数値計算

                              中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                              Fan (2001a)104

                              対流層内部における近似計算 (22)

                              しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                              細管近似は深さ数万 km で破たんする

                              したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                              105

                              浮上磁場シミュレーション

                              光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                              的にコロナへ浮上

                              対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                              Shibata et al (1989) 106

                              光球付近での減速機構

                              光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                              Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                              Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                              Magara (2001)

                              107

                              本研究の目的 (12)

                              上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                              しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                              対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                              しかし近似は対流層上部で破たんする

                              したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                              108

                              本研究の目的 (22)

                              そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                              対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                              典型波長 ~ 数 10 万 km

                              典型波長 ~ 数 1000 km109

                              本研究の目的

                              減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                              2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                              典型波長 ~ 数 10 万 km

                              典型波長 ~ 数 1000 km110

                              数値モデル

                              初期条件

                              xH-400 0 400

                              zH

                              200

                              100

                              -200

                              -100

                              NX timesNZ

                              =1536times1920

                              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                              磁束の厚さD = 1000 km

                              磁束の深さ -20000 km

                              光球 (等温 ) = 対流安定

                              111

                              LX = 16 万 km

                              LZ = 8 万 km

                              数値モデル (22)

                              対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                              無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                              速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                              時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                              密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                              圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                              温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                              磁場強度 B0 = 300 G 112

                              数値モデル (23)

                              初期条件 (z 方向分布 )

                              磁場BX

                              密度ρ

                              圧力 p

                              温度 T

                              対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                              113

                              数値モデル (24)

                              境界条件

                              -400 0 400

                              200

                              100

                              -200

                              -100

                              周期境界 対称境界

                              減衰領域

                              x H0

                              z H0

                              114

                              数値モデル (14)

                              初期条件

                              x H0

                              -400 0 400

                              z H0

                              200

                              100

                              -200

                              -100

                              NZ=1920

                              NX=1536

                              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                              width D

                              z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                              115

                              減速の物理 (34)

                              磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                              116

                              減速の物理 (34)

                              磁束シート上のプラズマ

                              シート上にプラズマが蓄積する

                              磁束シートの浮上

                              磁束シートが平らになる

                              減速

                              117

                              光球付近における減速

                              磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                              磁場

                              密度差

                              磁場

                              密度差密度差

                              磁場

                              118

                              5 パラメータ研究

                              119

                              パラメータ研究 (111)

                              磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                              総磁束量 Φ

                              を変えた計算を行った

                              総磁束量 Φ

                              磁場強度 BX

                              120

                              パラメータ研究 (211)

                              2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                              点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                              121

                              パラメータ研究 (311)

                              減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                              122

                              パラメータ研究 (511)

                              2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                              123

                              パラメータ研究 (611)

                              2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                              124

                              パラメータ研究 (711)

                              times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                              125

                              パラメータ研究 (811)

                              密度磁力線速度場126

                              パラメータ研究 (911)

                              対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                              EmagEkin lt 1

                              127

                              パラメータ研究 (1011)

                              times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                              軸方向計算のまとめ

                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                              減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                              129

                              断面方向計算のまとめ

                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                              減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                              130

                              Resistive Emergence Model

                              Pariat et al (2004) Model established through

                              observations Isobe et al (2007)

                              2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                              3D simulations131

                              Preceding Studies(13)

                              Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                              force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                              that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                              132

                              Preceding Studies(23)

                              Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                              persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                              133

                              Preceding Studies(33)

                              Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                              gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                              Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                              zzz pF BJg

                              134

                              Parameter Survey and Discussion (99)

                              135

                              Parameter Survey and Discussion (89)

                              Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                              magnetic flux 104 G 1017 Mx

                               rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                               rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                               rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                              Moreno-Insertis et al (1995)

                              136

                              3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                              137

                              Introduction of Miyagoshi et al

                              Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                              138

                              Introduction of Miyagoshi et al

                              Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                              twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                              139

                              Introduction of Miyagoshi et al

                              Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                              emerged

                              q large direct emergence without a tongue

                              q small two-step emergence with a tongue

                              140

                              Introduction of Miyagoshi et al

                              Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                              141

                              Introduction of Miyagoshi et al

                              Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                              Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                              142

                              Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                              Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                              Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                              Radius Rtube 5 25

                              Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                              Initial depth ztube -10 -10

                              Convection zone Unstable Neutrally stable

                              Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                              Result Every q emerged q=01 failed

                              Introduction of Miyagoshi et al

                              Miyagoshi et al Initial condition

                              plasma β = P Pmag lt 1

                              at the tube top Strong tubehellip

                              143

                              Introduction of Miyagoshi et al

                              Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                              on the initial twist q

                              q large direct emergence

                                Emag increases with q q small two-step emergence

                                Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                              144

                              dVB

                              E corona

                              2

                              mag 8

                              Setup and Results

                              Conditions

                              q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                              145

                              Our case Murray et al (2006)

                              Flux tube Gaussian type Gaussian type

                              Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                              Radius Rtube 25 25

                              Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                              Initial depth ztube -10 -10

                              Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                              Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                              Result qlt01 failed q=01 failed

                              セットアップと計算結果

                              結果 (x=0)

                              146

                              セットアップと計算結果

                              結果 (y=0)

                              147

                              • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                              • 内容
                              • 内容 (2)
                              • 太陽活動と磁場
                              • 活動領域と浮上磁場
                              • 活動領域と浮上磁場 (2)
                              • 活動領域と浮上磁場 (3)
                              • 活動領域と浮上磁場 (4)
                              • 先行研究の概観
                              • 浮上磁場研究の問題点課題
                              • 本研究の目的
                              • 内容 (3)
                              • 2次元計算2つのモード
                              • 内容 (4)
                              • 2次元軸方向計算
                              • Slide 16
                              • 光球付近における減速
                              • パラメータ研究
                              • 内容 (5)
                              • 25次元断面方向計算
                              • Slide 21
                              • パラメータ研究 (2)
                              • 2次元計算のまとめ
                              • 内容 (6)
                              • 3次元浮上磁場計算
                              • 3次元浮上磁場計算 (2)
                              • 3次元浮上磁場計算 (3)
                              • 3次元浮上磁場計算 (4)
                              • 3次元浮上磁場計算 (5)
                              • 3次元浮上磁場計算 (6)
                              • 3次元浮上磁場計算 (7)
                              • 3次元浮上磁場計算 (8)
                              • 3次元浮上磁場計算 (9)
                              • 3次元浮上磁場計算 (10)
                              • 内容 (7)
                              • まとめ
                              • 今後の課題
                              • Fin
                              • 1 Introduction
                              • 2 Previous 2D Works
                              • 3 3D Calculation
                              • 4 Summary and Future Works
                              • 4 What to Study in HAO
                              • What to Study in HAO
                              • 2-4 2D Parameter Study
                              • Parameter Study
                              • Parameter Study (2)
                              • Parameter Study (3)
                              • Parameter Study BX-Φ too strong
                              • Parameter Study (4)
                              • Parameter Survey
                              • Parameter Survey (2)
                              • Parameter Survey BX-Φ weak
                              • Parameter Survey (3)
                              • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                              • Parameter Study (5)
                              • Parameter Study (6)
                              • Parameter Study typical case
                              • Slide 59
                              • Parameter Study BX strong
                              • Slide 61
                              • Parameter Study BX weak
                              • Slide 63
                              • Parameter Study (7)
                              • Parameter Study q weak
                              • Slide 66
                              • 3-1 Setup and Results
                              • Setup
                              • 3-2 Summary of 3D Work
                              • Appendix
                              • Active Regions and Emerging Flux
                              • Active Regions and Emerging Flux (2)
                              • 2-1 2D calculations
                              • Slide 74
                              • Deceleration near the Surface
                              • 2-2 Cross-sectional Calculation
                              • 2-3 Summary of 2D Works
                              • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                              • Results qH0=040 (rapid two-step)
                              • Results qH0=015 (slow two-step)
                              • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                              • Summary of 3D Work
                              • Observation
                              • Results qH0=005 (failed)
                              • Results
                              • Results (2)
                              • Results (3)
                              • Results (4)
                              • Results (5)
                              • Large-scale 3D calculation
                              • Large-scale 3D calculation (2)
                              • Large-scale 3D calculation (3)
                              • Observation (2)
                              • イントロダクション
                              • 数値モデル
                              • 議論とまとめ
                              • 議論とまとめ (2)
                              • 太陽と磁場
                              • 活動領域と浮上磁場 (5)
                              • 磁気浮力とParker不安定性
                              • 活動領域と浮上磁場 (6)
                              • 磁束浮上シミュレーション
                              • 対流層内部における近似計算
                              • 対流層内部における近似計算 (2)
                              • 対流層内部における近似計算 (22)
                              • 浮上磁場シミュレーション
                              • 光球付近での減速機構
                              • 本研究の目的 (12)
                              • 本研究の目的 (22)
                              • 本研究の目的 (4)
                              • 数値モデル (2)
                              • 数値モデル (22)
                              • 数値モデル (23)
                              • 数値モデル (24)
                              • 数値モデル (14)
                              • 減速の物理 (34)
                              • 減速の物理 (34) (2)
                              • 光球付近における減速 (2)
                              • 5 パラメータ研究
                              • パラメータ研究 (111)
                              • パラメータ研究 (211)
                              • パラメータ研究 (311)
                              • パラメータ研究 (511)
                              • パラメータ研究 (611)
                              • パラメータ研究 (711)
                              • パラメータ研究 (811)
                              • パラメータ研究 (911)
                              • パラメータ研究 (1011)
                              • 軸方向計算のまとめ
                              • 断面方向計算のまとめ
                              • Resistive Emergence Model
                              • Preceding Studies(13)
                              • Preceding Studies(23)
                              • Preceding Studies(33)
                              • Parameter Survey and Discussion (99)
                              • Parameter Survey and Discussion (89)
                              • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                              • Introduction of Miyagoshi et al
                              • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                              • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                              • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                              • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                              • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                              • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                              • Setup and Results
                              • セットアップと計算結果
                              • セットアップと計算結果 (2)

                                密度磁力線速度場16

                                2 次元軸方向計算

                                光球付近における減速

                                磁束上の流体 磁束が浮上すると流体が磁束上に蓄積する 光球は対流安定なので流体は光球を突破できない蓄積した磁束上の流体が磁束の浮上を抑制する

                                17

                                パラメータ研究

                                現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

                                磁場強度 B = 104 G 総磁束量 Φ = 1021-1022 Mx

                                18

                                内容

                                1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                1 2 次元軸方向計算2 25次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                19

                                25 次元断面方向計算

                                セットアップ

                                BX = 15times104 G Φ = 47times1020 Mx

                                20

                                LY = 160000 km

                                LZ = 80000 km

                                磁束管半径D = 1000 km

                                磁束管初期深度 -20000 km

                                yH0

                                zH0

                                NX timesNZ

                                =1536times1920 -400 +400

                                +200

                                -200

                                光球は等温成層= 対流安定

                                21

                                25 次元断面方向計算

                                密度磁力線速度場

                                パラメータ研究

                                現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

                                磁場強度 B = 15times104 G ねじれ強度 gt 50times10-4 km -1

                                22

                                +=

                                2 次元計算のまとめ

                                深さ 2 万 km からの磁束浮上計算 光球付近で減速し水平に広がった構造を形成する B = 104 G Φ = 1021-1022 Mx ねじれ gt 50times10-4 km-1

                                減速の物理 磁束上の流体は光球面を突破しづらいため下方の磁束を抑制する

                                軸方向計算と断面方向計算断面方向の浮上が速い 断面計算では磁束上の流体が流れ落ちるため

                                3 次元計算の困難さ グリッド数が膨大になる( N = 106 rarr 109 )

                                23

                                内容

                                1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                3 3次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                24

                                3 次元浮上磁場計算

                                セットアップ 2 次元計算と同じ初期条件

                                25-400 xH0 +400

                                zH0

                                +250

                                -200 yH0-200

                                +200

                                LX = 160000 km

                                LZ = 90000 km

                                NX timesNYtimesNZ

                                =512times256times1024=108 (非一様グリッド)

                                LY = 80000 km

                                3 次元浮上磁場計算

                                磁場強度 log(BB0)

                                26

                                bullxlt0 ygt0 のみ表示bull表面付近で水平に広がった構造をとるbull上空に複数の磁気ドームを形成する

                                3 次元浮上磁場計算

                                磁束高度浮上速度の時間発展

                                27

                                3 次元浮上磁場計算

                                光球面磁場 BZB0

                                28

                                Fan (2001)

                                3 次元浮上磁場計算

                                光球面磁場 BZB0 と磁力線

                                29

                                bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

                                3 次元浮上磁場計算

                                結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

                                30

                                3 次元浮上磁場計算

                                議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

                                された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

                                される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

                                ているようではない

                                31

                                Zwaan (1985)

                                3 次元浮上磁場計算

                                議論 光球面で「交換モード不安定」によ

                                る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

                                32Strous amp Zwaan (1999)

                                3 次元浮上磁場計算

                                議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

                                が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

                                33

                                3 次元浮上磁場計算

                                議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

                                浮上するとフットポイントが移動する

                                34

                                Outer fields Inner fields

                                内容

                                1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                35

                                まとめ

                                深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                                磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                                36

                                観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                                光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                                今後の課題

                                複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                                黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                                パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                                輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                                37

                                FinThank you for your attention

                                1 Introduction

                                39

                                2 Previous 2D Works

                                40

                                3 3D Calculation

                                41

                                4 Summary and Future Works

                                42

                                4 What to Study in HAO

                                43

                                What to Study in HAO

                                Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                Others Interaction between emerging flux and the convection

                                44

                                2-4 2D Parameter Study

                                45

                                Parameter Study

                                Varying

                                Field strength BX

                                Total flux Φ

                                to study the condition of the flux emergence

                                Total flux Φ

                                Field strength BX

                                46

                                Parameter Study

                                two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                47

                                Parameter Study

                                Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                48

                                Parameter Study BX-Φ too strong

                                49

                                Density field lines and velocity vectors

                                Parameter Study

                                Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                50

                                Parameter Survey

                                Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                51

                                Parameter Survey

                                times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                52

                                Parameter Survey BX-Φ weak

                                53

                                Density field lines and velocity vectors

                                Parameter Survey

                                times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                54

                                Parameter Survey BX-Φ weak

                                55

                                Density field lines and velocity vectors

                                Parameter Study

                                Varying

                                Field strength BX

                                Initial twist q

                                to study the condition of the flux emergence

                                Initial twist q

                                Field strength BX

                                56

                                Parameter Study

                                Varying axial field strength BX

                                57

                                Parameter Study typical case

                                Varying axial field strength BX

                                58

                                59

                                Density Field Lines and Velocity Vectors

                                Parameter Study typical case

                                Parameter Study BX strong

                                Varying axial field strength BX

                                60

                                61

                                Density Field Lines and Velocity Vectors

                                Parameter Study BX strong

                                Parameter Study BX weak

                                Varying axial field strength BX

                                62

                                63

                                Density Field Lines and Velocity Vectors

                                Parameter Study BX weak

                                Parameter Study

                                Varying initial twist q

                                64

                                Parameter Study q weak

                                Varying initial twist q

                                65

                                66

                                Density Field Lines and Velocity Vectors

                                Parameter Study q weak

                                3-1 Setup and Results

                                67

                                Setup

                                Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                qH0=01 case rarr

                                68

                                rqrBrB x

                                2

                                tube

                                2

                                tube expR

                                rBrBx

                                3-2 Summary of 3D Work

                                69

                                Appendix

                                70

                                Active Regions and Emerging Flux

                                71

                                North Pole

                                Equator

                                Convection Zone

                                Radiative Zone

                                Core

                                Zwaan (1985)

                                Active Regions and Emerging Flux

                                Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                72

                                North Pole

                                Equator

                                Convection Zone

                                Radiative Zone

                                Core

                                2-1 2D calculations

                                73

                                Apex of the Emerging Loop

                                Height Zapex

                                Rise Velocity VZapex

                                Surfacerarr

                                74

                                -20000 kmrarr

                                Axial Calculation Results

                                Magneticflux

                                Accumulateddensity

                                Magneticflux

                                Accumulateddensity

                                Accumulateddensity

                                Magneticflux

                                Deceleration near the Surface

                                Accumulated density

                                75

                                0 t

                                2-2 Cross-sectional Calculation

                                76

                                2-3 Summary of 2D Works

                                77

                                2-2 Smaller-scale 3D Works

                                78

                                Results qH0=040 (rapid two-step)

                                79

                                Results qH0=015 (slow two-step)

                                80

                                Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                81

                                Results qH0=015 (slow two-step)

                                Logarithmic density

                                Summary of 3D Work

                                Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                82

                                Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                decelerates and

                                expands horizontally

                                Otsuji et al (2010)83

                                Observation

                                Results qH0=005 (failed)

                                84

                                Results

                                Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                85

                                q large

                                q small

                                Results

                                Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                86

                                Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                Results

                                Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                87

                                Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                Results

                                Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                q large obeys the initial

                                q2 law because the tube

                                keeps its coherency q small Emag increases

                                because it takes more time

                                to emerge to the corona

                                and Emag is stored in the

                                photospheric tongue 88

                                dVB

                                Ez

                                0

                                2

                                mag 8

                                Results

                                Cross-section when

                                the apex reaches zH0=40

                                89

                                Large-scale 3D calculation

                                Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                90

                                Large-scale 3D calculation

                                Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                91

                                Large-scale 3D calculation

                                Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                92

                                Observation

                                Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                decelerates and

                                expands horizontally

                                Otsuji et al (2010)93

                                イントロダクション

                                ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                94

                                数値モデル

                                初期磁束管 exp型分布

                                ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                磁束管の内部圧力を

                                  と表すこのとき force balance

                                 が保たれるよう

                                 とする

                                rqrBrB x

                                2

                                tube

                                2

                                tube expR

                                rBrBx

                                r

                                BBB

                                dr

                                d

                                dr

                                dp x

                                48

                                222

                                exc

                                222

                                tube2exc 1

                                28

                                1xBr

                                Rqp

                                rpzpzyp excsi

                                B

                                x

                                r

                                B

                                BX

                                2πr

                                95

                                議論とまとめ

                                結果の比較

                                物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                磁束管の半径 1000 km

                                初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                減速した深さ -10000 km -5000 km

                                96

                                断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                議論とまとめ

                                3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                倍 )

                                将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                97

                                1 G = 10-4 T = 105 nT

                                太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                太陽と磁場

                                Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                98

                                活動領域と浮上磁場

                                活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                Zwaan (1985)

                                Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                99

                                磁気浮力と Parker 不安定性

                                磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                外圧 Pe

                                ggf ieb )(

                                100

                                活動領域と浮上磁場

                                AR 10926

                                101

                                磁束浮上シミュレーション

                                磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                102

                                対流層内部における近似計算

                                ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                た 細管近似

                                対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                Caligari et al (1995)

                                103

                                対流層内部における近似計算

                                非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                大きく上回る したがって音速を数値計算

                                中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                Fan (2001a)104

                                対流層内部における近似計算 (22)

                                しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                105

                                浮上磁場シミュレーション

                                光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                的にコロナへ浮上

                                対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                Shibata et al (1989) 106

                                光球付近での減速機構

                                光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                Magara (2001)

                                107

                                本研究の目的 (12)

                                上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                しかし近似は対流層上部で破たんする

                                したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                108

                                本研究の目的 (22)

                                そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                典型波長 ~ 数 10 万 km

                                典型波長 ~ 数 1000 km109

                                本研究の目的

                                減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                典型波長 ~ 数 10 万 km

                                典型波長 ~ 数 1000 km110

                                数値モデル

                                初期条件

                                xH-400 0 400

                                zH

                                200

                                100

                                -200

                                -100

                                NX timesNZ

                                =1536times1920

                                BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                磁束の厚さD = 1000 km

                                磁束の深さ -20000 km

                                光球 (等温 ) = 対流安定

                                111

                                LX = 16 万 km

                                LZ = 8 万 km

                                数値モデル (22)

                                対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                磁場強度 B0 = 300 G 112

                                数値モデル (23)

                                初期条件 (z 方向分布 )

                                磁場BX

                                密度ρ

                                圧力 p

                                温度 T

                                対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                113

                                数値モデル (24)

                                境界条件

                                -400 0 400

                                200

                                100

                                -200

                                -100

                                周期境界 対称境界

                                減衰領域

                                x H0

                                z H0

                                114

                                数値モデル (14)

                                初期条件

                                x H0

                                -400 0 400

                                z H0

                                200

                                100

                                -200

                                -100

                                NZ=1920

                                NX=1536

                                BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                width D

                                z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                115

                                減速の物理 (34)

                                磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                116

                                減速の物理 (34)

                                磁束シート上のプラズマ

                                シート上にプラズマが蓄積する

                                磁束シートの浮上

                                磁束シートが平らになる

                                減速

                                117

                                光球付近における減速

                                磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                磁場

                                密度差

                                磁場

                                密度差密度差

                                磁場

                                118

                                5 パラメータ研究

                                119

                                パラメータ研究 (111)

                                磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                総磁束量 Φ

                                を変えた計算を行った

                                総磁束量 Φ

                                磁場強度 BX

                                120

                                パラメータ研究 (211)

                                2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                121

                                パラメータ研究 (311)

                                減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                122

                                パラメータ研究 (511)

                                2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                123

                                パラメータ研究 (611)

                                2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                124

                                パラメータ研究 (711)

                                times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                125

                                パラメータ研究 (811)

                                密度磁力線速度場126

                                パラメータ研究 (911)

                                対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                EmagEkin lt 1

                                127

                                パラメータ研究 (1011)

                                times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                軸方向計算のまとめ

                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                129

                                断面方向計算のまとめ

                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                130

                                Resistive Emergence Model

                                Pariat et al (2004) Model established through

                                observations Isobe et al (2007)

                                2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                3D simulations131

                                Preceding Studies(13)

                                Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                132

                                Preceding Studies(23)

                                Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                133

                                Preceding Studies(33)

                                Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                zzz pF BJg

                                134

                                Parameter Survey and Discussion (99)

                                135

                                Parameter Survey and Discussion (89)

                                Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                 rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                 rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                 rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                Moreno-Insertis et al (1995)

                                136

                                3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                137

                                Introduction of Miyagoshi et al

                                Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                138

                                Introduction of Miyagoshi et al

                                Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                139

                                Introduction of Miyagoshi et al

                                Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                emerged

                                q large direct emergence without a tongue

                                q small two-step emergence with a tongue

                                140

                                Introduction of Miyagoshi et al

                                Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                141

                                Introduction of Miyagoshi et al

                                Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                142

                                Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                Radius Rtube 5 25

                                Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                Initial depth ztube -10 -10

                                Convection zone Unstable Neutrally stable

                                Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                Result Every q emerged q=01 failed

                                Introduction of Miyagoshi et al

                                Miyagoshi et al Initial condition

                                plasma β = P Pmag lt 1

                                at the tube top Strong tubehellip

                                143

                                Introduction of Miyagoshi et al

                                Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                on the initial twist q

                                q large direct emergence

                                  Emag increases with q q small two-step emergence

                                  Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                144

                                dVB

                                E corona

                                2

                                mag 8

                                Setup and Results

                                Conditions

                                q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                145

                                Our case Murray et al (2006)

                                Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                Radius Rtube 25 25

                                Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                Initial depth ztube -10 -10

                                Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                Result qlt01 failed q=01 failed

                                セットアップと計算結果

                                結果 (x=0)

                                146

                                セットアップと計算結果

                                結果 (y=0)

                                147

                                • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                • 内容
                                • 内容 (2)
                                • 太陽活動と磁場
                                • 活動領域と浮上磁場
                                • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                • 先行研究の概観
                                • 浮上磁場研究の問題点課題
                                • 本研究の目的
                                • 内容 (3)
                                • 2次元計算2つのモード
                                • 内容 (4)
                                • 2次元軸方向計算
                                • Slide 16
                                • 光球付近における減速
                                • パラメータ研究
                                • 内容 (5)
                                • 25次元断面方向計算
                                • Slide 21
                                • パラメータ研究 (2)
                                • 2次元計算のまとめ
                                • 内容 (6)
                                • 3次元浮上磁場計算
                                • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                • 内容 (7)
                                • まとめ
                                • 今後の課題
                                • Fin
                                • 1 Introduction
                                • 2 Previous 2D Works
                                • 3 3D Calculation
                                • 4 Summary and Future Works
                                • 4 What to Study in HAO
                                • What to Study in HAO
                                • 2-4 2D Parameter Study
                                • Parameter Study
                                • Parameter Study (2)
                                • Parameter Study (3)
                                • Parameter Study BX-Φ too strong
                                • Parameter Study (4)
                                • Parameter Survey
                                • Parameter Survey (2)
                                • Parameter Survey BX-Φ weak
                                • Parameter Survey (3)
                                • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                • Parameter Study (5)
                                • Parameter Study (6)
                                • Parameter Study typical case
                                • Slide 59
                                • Parameter Study BX strong
                                • Slide 61
                                • Parameter Study BX weak
                                • Slide 63
                                • Parameter Study (7)
                                • Parameter Study q weak
                                • Slide 66
                                • 3-1 Setup and Results
                                • Setup
                                • 3-2 Summary of 3D Work
                                • Appendix
                                • Active Regions and Emerging Flux
                                • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                • 2-1 2D calculations
                                • Slide 74
                                • Deceleration near the Surface
                                • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                • 2-3 Summary of 2D Works
                                • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                • Results qH0=015 (slow two-step)
                                • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                • Summary of 3D Work
                                • Observation
                                • Results qH0=005 (failed)
                                • Results
                                • Results (2)
                                • Results (3)
                                • Results (4)
                                • Results (5)
                                • Large-scale 3D calculation
                                • Large-scale 3D calculation (2)
                                • Large-scale 3D calculation (3)
                                • Observation (2)
                                • イントロダクション
                                • 数値モデル
                                • 議論とまとめ
                                • 議論とまとめ (2)
                                • 太陽と磁場
                                • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                • 磁気浮力とParker不安定性
                                • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                • 磁束浮上シミュレーション
                                • 対流層内部における近似計算
                                • 対流層内部における近似計算 (2)
                                • 対流層内部における近似計算 (22)
                                • 浮上磁場シミュレーション
                                • 光球付近での減速機構
                                • 本研究の目的 (12)
                                • 本研究の目的 (22)
                                • 本研究の目的 (4)
                                • 数値モデル (2)
                                • 数値モデル (22)
                                • 数値モデル (23)
                                • 数値モデル (24)
                                • 数値モデル (14)
                                • 減速の物理 (34)
                                • 減速の物理 (34) (2)
                                • 光球付近における減速 (2)
                                • 5 パラメータ研究
                                • パラメータ研究 (111)
                                • パラメータ研究 (211)
                                • パラメータ研究 (311)
                                • パラメータ研究 (511)
                                • パラメータ研究 (611)
                                • パラメータ研究 (711)
                                • パラメータ研究 (811)
                                • パラメータ研究 (911)
                                • パラメータ研究 (1011)
                                • 軸方向計算のまとめ
                                • 断面方向計算のまとめ
                                • Resistive Emergence Model
                                • Preceding Studies(13)
                                • Preceding Studies(23)
                                • Preceding Studies(33)
                                • Parameter Survey and Discussion (99)
                                • Parameter Survey and Discussion (89)
                                • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                • Introduction of Miyagoshi et al
                                • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                • Setup and Results
                                • セットアップと計算結果
                                • セットアップと計算結果 (2)

                                  光球付近における減速

                                  磁束上の流体 磁束が浮上すると流体が磁束上に蓄積する 光球は対流安定なので流体は光球を突破できない蓄積した磁束上の流体が磁束の浮上を抑制する

                                  17

                                  パラメータ研究

                                  現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

                                  磁場強度 B = 104 G 総磁束量 Φ = 1021-1022 Mx

                                  18

                                  内容

                                  1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                  1 2 次元軸方向計算2 25次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                  3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                  19

                                  25 次元断面方向計算

                                  セットアップ

                                  BX = 15times104 G Φ = 47times1020 Mx

                                  20

                                  LY = 160000 km

                                  LZ = 80000 km

                                  磁束管半径D = 1000 km

                                  磁束管初期深度 -20000 km

                                  yH0

                                  zH0

                                  NX timesNZ

                                  =1536times1920 -400 +400

                                  +200

                                  -200

                                  光球は等温成層= 対流安定

                                  21

                                  25 次元断面方向計算

                                  密度磁力線速度場

                                  パラメータ研究

                                  現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

                                  磁場強度 B = 15times104 G ねじれ強度 gt 50times10-4 km -1

                                  22

                                  +=

                                  2 次元計算のまとめ

                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上計算 光球付近で減速し水平に広がった構造を形成する B = 104 G Φ = 1021-1022 Mx ねじれ gt 50times10-4 km-1

                                  減速の物理 磁束上の流体は光球面を突破しづらいため下方の磁束を抑制する

                                  軸方向計算と断面方向計算断面方向の浮上が速い 断面計算では磁束上の流体が流れ落ちるため

                                  3 次元計算の困難さ グリッド数が膨大になる( N = 106 rarr 109 )

                                  23

                                  内容

                                  1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                  1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                  3 3次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                  24

                                  3 次元浮上磁場計算

                                  セットアップ 2 次元計算と同じ初期条件

                                  25-400 xH0 +400

                                  zH0

                                  +250

                                  -200 yH0-200

                                  +200

                                  LX = 160000 km

                                  LZ = 90000 km

                                  NX timesNYtimesNZ

                                  =512times256times1024=108 (非一様グリッド)

                                  LY = 80000 km

                                  3 次元浮上磁場計算

                                  磁場強度 log(BB0)

                                  26

                                  bullxlt0 ygt0 のみ表示bull表面付近で水平に広がった構造をとるbull上空に複数の磁気ドームを形成する

                                  3 次元浮上磁場計算

                                  磁束高度浮上速度の時間発展

                                  27

                                  3 次元浮上磁場計算

                                  光球面磁場 BZB0

                                  28

                                  Fan (2001)

                                  3 次元浮上磁場計算

                                  光球面磁場 BZB0 と磁力線

                                  29

                                  bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

                                  3 次元浮上磁場計算

                                  結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

                                  30

                                  3 次元浮上磁場計算

                                  議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

                                  された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

                                  される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

                                  ているようではない

                                  31

                                  Zwaan (1985)

                                  3 次元浮上磁場計算

                                  議論 光球面で「交換モード不安定」によ

                                  る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

                                  32Strous amp Zwaan (1999)

                                  3 次元浮上磁場計算

                                  議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

                                  が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

                                  33

                                  3 次元浮上磁場計算

                                  議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

                                  浮上するとフットポイントが移動する

                                  34

                                  Outer fields Inner fields

                                  内容

                                  1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                  1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                  3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                  35

                                  まとめ

                                  深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                                  磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                                  36

                                  観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                                  光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                                  今後の課題

                                  複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                                  黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                                  パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                                  輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                                  37

                                  FinThank you for your attention

                                  1 Introduction

                                  39

                                  2 Previous 2D Works

                                  40

                                  3 3D Calculation

                                  41

                                  4 Summary and Future Works

                                  42

                                  4 What to Study in HAO

                                  43

                                  What to Study in HAO

                                  Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                  Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                  Others Interaction between emerging flux and the convection

                                  44

                                  2-4 2D Parameter Study

                                  45

                                  Parameter Study

                                  Varying

                                  Field strength BX

                                  Total flux Φ

                                  to study the condition of the flux emergence

                                  Total flux Φ

                                  Field strength BX

                                  46

                                  Parameter Study

                                  two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                  dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                  47

                                  Parameter Study

                                  Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                  48

                                  Parameter Study BX-Φ too strong

                                  49

                                  Density field lines and velocity vectors

                                  Parameter Study

                                  Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                  50

                                  Parameter Survey

                                  Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                  51

                                  Parameter Survey

                                  times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                  52

                                  Parameter Survey BX-Φ weak

                                  53

                                  Density field lines and velocity vectors

                                  Parameter Survey

                                  times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                  54

                                  Parameter Survey BX-Φ weak

                                  55

                                  Density field lines and velocity vectors

                                  Parameter Study

                                  Varying

                                  Field strength BX

                                  Initial twist q

                                  to study the condition of the flux emergence

                                  Initial twist q

                                  Field strength BX

                                  56

                                  Parameter Study

                                  Varying axial field strength BX

                                  57

                                  Parameter Study typical case

                                  Varying axial field strength BX

                                  58

                                  59

                                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                                  Parameter Study typical case

                                  Parameter Study BX strong

                                  Varying axial field strength BX

                                  60

                                  61

                                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                                  Parameter Study BX strong

                                  Parameter Study BX weak

                                  Varying axial field strength BX

                                  62

                                  63

                                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                                  Parameter Study BX weak

                                  Parameter Study

                                  Varying initial twist q

                                  64

                                  Parameter Study q weak

                                  Varying initial twist q

                                  65

                                  66

                                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                                  Parameter Study q weak

                                  3-1 Setup and Results

                                  67

                                  Setup

                                  Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                  qH0=01 case rarr

                                  68

                                  rqrBrB x

                                  2

                                  tube

                                  2

                                  tube expR

                                  rBrBx

                                  3-2 Summary of 3D Work

                                  69

                                  Appendix

                                  70

                                  Active Regions and Emerging Flux

                                  71

                                  North Pole

                                  Equator

                                  Convection Zone

                                  Radiative Zone

                                  Core

                                  Zwaan (1985)

                                  Active Regions and Emerging Flux

                                  Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                  (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                  72

                                  North Pole

                                  Equator

                                  Convection Zone

                                  Radiative Zone

                                  Core

                                  2-1 2D calculations

                                  73

                                  Apex of the Emerging Loop

                                  Height Zapex

                                  Rise Velocity VZapex

                                  Surfacerarr

                                  74

                                  -20000 kmrarr

                                  Axial Calculation Results

                                  Magneticflux

                                  Accumulateddensity

                                  Magneticflux

                                  Accumulateddensity

                                  Accumulateddensity

                                  Magneticflux

                                  Deceleration near the Surface

                                  Accumulated density

                                  75

                                  0 t

                                  2-2 Cross-sectional Calculation

                                  76

                                  2-3 Summary of 2D Works

                                  77

                                  2-2 Smaller-scale 3D Works

                                  78

                                  Results qH0=040 (rapid two-step)

                                  79

                                  Results qH0=015 (slow two-step)

                                  80

                                  Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                  81

                                  Results qH0=015 (slow two-step)

                                  Logarithmic density

                                  Summary of 3D Work

                                  Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                  Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                  82

                                  Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                  decelerates and

                                  expands horizontally

                                  Otsuji et al (2010)83

                                  Observation

                                  Results qH0=005 (failed)

                                  84

                                  Results

                                  Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                  85

                                  q large

                                  q small

                                  Results

                                  Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                  86

                                  Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                  Results

                                  Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                  87

                                  Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                  Results

                                  Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                  q large obeys the initial

                                  q2 law because the tube

                                  keeps its coherency q small Emag increases

                                  because it takes more time

                                  to emerge to the corona

                                  and Emag is stored in the

                                  photospheric tongue 88

                                  dVB

                                  Ez

                                  0

                                  2

                                  mag 8

                                  Results

                                  Cross-section when

                                  the apex reaches zH0=40

                                  89

                                  Large-scale 3D calculation

                                  Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                  90

                                  Large-scale 3D calculation

                                  Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                  91

                                  Large-scale 3D calculation

                                  Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                  92

                                  Observation

                                  Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                  decelerates and

                                  expands horizontally

                                  Otsuji et al (2010)93

                                  イントロダクション

                                  ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                  考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                  (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                  94

                                  数値モデル

                                  初期磁束管 exp型分布

                                  ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                  磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                  磁束管の内部圧力を

                                    と表すこのとき force balance

                                   が保たれるよう

                                   とする

                                  rqrBrB x

                                  2

                                  tube

                                  2

                                  tube expR

                                  rBrBx

                                  r

                                  BBB

                                  dr

                                  d

                                  dr

                                  dp x

                                  48

                                  222

                                  exc

                                  222

                                  tube2exc 1

                                  28

                                  1xBr

                                  Rqp

                                  rpzpzyp excsi

                                  B

                                  x

                                  r

                                  B

                                  BX

                                  2πr

                                  95

                                  議論とまとめ

                                  結果の比較

                                  物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                  初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                  総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                  初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                  磁束管の半径 1000 km

                                  初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                  1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                  減速した深さ -10000 km -5000 km

                                  96

                                  断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                  議論とまとめ

                                  3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                  軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                  総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                  考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                  倍 )

                                  将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                  97

                                  1 G = 10-4 T = 105 nT

                                  太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                  太陽と磁場

                                  Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                  98

                                  活動領域と浮上磁場

                                  活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                  磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                  太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                  Zwaan (1985)

                                  Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                  99

                                  磁気浮力と Parker 不安定性

                                  磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                  る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                  Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                  内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                  外圧 Pe

                                  ggf ieb )(

                                  100

                                  活動領域と浮上磁場

                                  AR 10926

                                  101

                                  磁束浮上シミュレーション

                                  磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                  102

                                  対流層内部における近似計算

                                  ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                  た 細管近似

                                  対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                  物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                  Caligari et al (1995)

                                  103

                                  対流層内部における近似計算

                                  非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                  大きく上回る したがって音速を数値計算

                                  中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                  Fan (2001a)104

                                  対流層内部における近似計算 (22)

                                  しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                  細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                  したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                  105

                                  浮上磁場シミュレーション

                                  光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                  的にコロナへ浮上

                                  対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                  Shibata et al (1989) 106

                                  光球付近での減速機構

                                  光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                  Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                  Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                  Magara (2001)

                                  107

                                  本研究の目的 (12)

                                  上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                  しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                  対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                  しかし近似は対流層上部で破たんする

                                  したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                  108

                                  本研究の目的 (22)

                                  そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                  対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                  典型波長 ~ 数 10 万 km

                                  典型波長 ~ 数 1000 km109

                                  本研究の目的

                                  減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                  2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                  典型波長 ~ 数 10 万 km

                                  典型波長 ~ 数 1000 km110

                                  数値モデル

                                  初期条件

                                  xH-400 0 400

                                  zH

                                  200

                                  100

                                  -200

                                  -100

                                  NX timesNZ

                                  =1536times1920

                                  BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                  磁束の厚さD = 1000 km

                                  磁束の深さ -20000 km

                                  光球 (等温 ) = 対流安定

                                  111

                                  LX = 16 万 km

                                  LZ = 8 万 km

                                  数値モデル (22)

                                  対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                  無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                  速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                  時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                  密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                  圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                  温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                  磁場強度 B0 = 300 G 112

                                  数値モデル (23)

                                  初期条件 (z 方向分布 )

                                  磁場BX

                                  密度ρ

                                  圧力 p

                                  温度 T

                                  対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                  113

                                  数値モデル (24)

                                  境界条件

                                  -400 0 400

                                  200

                                  100

                                  -200

                                  -100

                                  周期境界 対称境界

                                  減衰領域

                                  x H0

                                  z H0

                                  114

                                  数値モデル (14)

                                  初期条件

                                  x H0

                                  -400 0 400

                                  z H0

                                  200

                                  100

                                  -200

                                  -100

                                  NZ=1920

                                  NX=1536

                                  BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                  width D

                                  z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                  115

                                  減速の物理 (34)

                                  磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                  116

                                  減速の物理 (34)

                                  磁束シート上のプラズマ

                                  シート上にプラズマが蓄積する

                                  磁束シートの浮上

                                  磁束シートが平らになる

                                  減速

                                  117

                                  光球付近における減速

                                  磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                  磁場

                                  密度差

                                  磁場

                                  密度差密度差

                                  磁場

                                  118

                                  5 パラメータ研究

                                  119

                                  パラメータ研究 (111)

                                  磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                  総磁束量 Φ

                                  を変えた計算を行った

                                  総磁束量 Φ

                                  磁場強度 BX

                                  120

                                  パラメータ研究 (211)

                                  2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                  点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                  121

                                  パラメータ研究 (311)

                                  減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                  122

                                  パラメータ研究 (511)

                                  2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                  123

                                  パラメータ研究 (611)

                                  2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                  124

                                  パラメータ研究 (711)

                                  times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                  125

                                  パラメータ研究 (811)

                                  密度磁力線速度場126

                                  パラメータ研究 (911)

                                  対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                  EmagEkin lt 1

                                  127

                                  パラメータ研究 (1011)

                                  times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                  軸方向計算のまとめ

                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                  減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                  129

                                  断面方向計算のまとめ

                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                  減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                  130

                                  Resistive Emergence Model

                                  Pariat et al (2004) Model established through

                                  observations Isobe et al (2007)

                                  2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                  3D simulations131

                                  Preceding Studies(13)

                                  Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                  force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                  that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                  132

                                  Preceding Studies(23)

                                  Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                  persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                  133

                                  Preceding Studies(33)

                                  Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                  gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                  Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                  zzz pF BJg

                                  134

                                  Parameter Survey and Discussion (99)

                                  135

                                  Parameter Survey and Discussion (89)

                                  Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                  magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                   rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                   rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                   rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                  Moreno-Insertis et al (1995)

                                  136

                                  3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                  137

                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                  Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                  138

                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                  Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                  twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                  139

                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                  Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                  emerged

                                  q large direct emergence without a tongue

                                  q small two-step emergence with a tongue

                                  140

                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                  Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                  141

                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                  Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                  Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                  142

                                  Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                  Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                  Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                  Radius Rtube 5 25

                                  Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                  Initial depth ztube -10 -10

                                  Convection zone Unstable Neutrally stable

                                  Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                  Result Every q emerged q=01 failed

                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                  Miyagoshi et al Initial condition

                                  plasma β = P Pmag lt 1

                                  at the tube top Strong tubehellip

                                  143

                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                  Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                  on the initial twist q

                                  q large direct emergence

                                    Emag increases with q q small two-step emergence

                                    Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                  144

                                  dVB

                                  E corona

                                  2

                                  mag 8

                                  Setup and Results

                                  Conditions

                                  q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                  145

                                  Our case Murray et al (2006)

                                  Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                  Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                  Radius Rtube 25 25

                                  Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                  Initial depth ztube -10 -10

                                  Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                  Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                  Result qlt01 failed q=01 failed

                                  セットアップと計算結果

                                  結果 (x=0)

                                  146

                                  セットアップと計算結果

                                  結果 (y=0)

                                  147

                                  • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                  • 内容
                                  • 内容 (2)
                                  • 太陽活動と磁場
                                  • 活動領域と浮上磁場
                                  • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                  • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                  • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                  • 先行研究の概観
                                  • 浮上磁場研究の問題点課題
                                  • 本研究の目的
                                  • 内容 (3)
                                  • 2次元計算2つのモード
                                  • 内容 (4)
                                  • 2次元軸方向計算
                                  • Slide 16
                                  • 光球付近における減速
                                  • パラメータ研究
                                  • 内容 (5)
                                  • 25次元断面方向計算
                                  • Slide 21
                                  • パラメータ研究 (2)
                                  • 2次元計算のまとめ
                                  • 内容 (6)
                                  • 3次元浮上磁場計算
                                  • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                  • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                  • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                  • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                  • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                  • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                  • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                  • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                  • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                  • 内容 (7)
                                  • まとめ
                                  • 今後の課題
                                  • Fin
                                  • 1 Introduction
                                  • 2 Previous 2D Works
                                  • 3 3D Calculation
                                  • 4 Summary and Future Works
                                  • 4 What to Study in HAO
                                  • What to Study in HAO
                                  • 2-4 2D Parameter Study
                                  • Parameter Study
                                  • Parameter Study (2)
                                  • Parameter Study (3)
                                  • Parameter Study BX-Φ too strong
                                  • Parameter Study (4)
                                  • Parameter Survey
                                  • Parameter Survey (2)
                                  • Parameter Survey BX-Φ weak
                                  • Parameter Survey (3)
                                  • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                  • Parameter Study (5)
                                  • Parameter Study (6)
                                  • Parameter Study typical case
                                  • Slide 59
                                  • Parameter Study BX strong
                                  • Slide 61
                                  • Parameter Study BX weak
                                  • Slide 63
                                  • Parameter Study (7)
                                  • Parameter Study q weak
                                  • Slide 66
                                  • 3-1 Setup and Results
                                  • Setup
                                  • 3-2 Summary of 3D Work
                                  • Appendix
                                  • Active Regions and Emerging Flux
                                  • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                  • 2-1 2D calculations
                                  • Slide 74
                                  • Deceleration near the Surface
                                  • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                  • 2-3 Summary of 2D Works
                                  • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                  • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                  • Results qH0=015 (slow two-step)
                                  • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                  • Summary of 3D Work
                                  • Observation
                                  • Results qH0=005 (failed)
                                  • Results
                                  • Results (2)
                                  • Results (3)
                                  • Results (4)
                                  • Results (5)
                                  • Large-scale 3D calculation
                                  • Large-scale 3D calculation (2)
                                  • Large-scale 3D calculation (3)
                                  • Observation (2)
                                  • イントロダクション
                                  • 数値モデル
                                  • 議論とまとめ
                                  • 議論とまとめ (2)
                                  • 太陽と磁場
                                  • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                  • 磁気浮力とParker不安定性
                                  • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                  • 磁束浮上シミュレーション
                                  • 対流層内部における近似計算
                                  • 対流層内部における近似計算 (2)
                                  • 対流層内部における近似計算 (22)
                                  • 浮上磁場シミュレーション
                                  • 光球付近での減速機構
                                  • 本研究の目的 (12)
                                  • 本研究の目的 (22)
                                  • 本研究の目的 (4)
                                  • 数値モデル (2)
                                  • 数値モデル (22)
                                  • 数値モデル (23)
                                  • 数値モデル (24)
                                  • 数値モデル (14)
                                  • 減速の物理 (34)
                                  • 減速の物理 (34) (2)
                                  • 光球付近における減速 (2)
                                  • 5 パラメータ研究
                                  • パラメータ研究 (111)
                                  • パラメータ研究 (211)
                                  • パラメータ研究 (311)
                                  • パラメータ研究 (511)
                                  • パラメータ研究 (611)
                                  • パラメータ研究 (711)
                                  • パラメータ研究 (811)
                                  • パラメータ研究 (911)
                                  • パラメータ研究 (1011)
                                  • 軸方向計算のまとめ
                                  • 断面方向計算のまとめ
                                  • Resistive Emergence Model
                                  • Preceding Studies(13)
                                  • Preceding Studies(23)
                                  • Preceding Studies(33)
                                  • Parameter Survey and Discussion (99)
                                  • Parameter Survey and Discussion (89)
                                  • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                  • Introduction of Miyagoshi et al
                                  • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                  • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                  • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                  • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                  • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                  • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                  • Setup and Results
                                  • セットアップと計算結果
                                  • セットアップと計算結果 (2)

                                    パラメータ研究

                                    現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

                                    磁場強度 B = 104 G 総磁束量 Φ = 1021-1022 Mx

                                    18

                                    内容

                                    1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                    1 2 次元軸方向計算2 25次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                    3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                    19

                                    25 次元断面方向計算

                                    セットアップ

                                    BX = 15times104 G Φ = 47times1020 Mx

                                    20

                                    LY = 160000 km

                                    LZ = 80000 km

                                    磁束管半径D = 1000 km

                                    磁束管初期深度 -20000 km

                                    yH0

                                    zH0

                                    NX timesNZ

                                    =1536times1920 -400 +400

                                    +200

                                    -200

                                    光球は等温成層= 対流安定

                                    21

                                    25 次元断面方向計算

                                    密度磁力線速度場

                                    パラメータ研究

                                    現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

                                    磁場強度 B = 15times104 G ねじれ強度 gt 50times10-4 km -1

                                    22

                                    +=

                                    2 次元計算のまとめ

                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上計算 光球付近で減速し水平に広がった構造を形成する B = 104 G Φ = 1021-1022 Mx ねじれ gt 50times10-4 km-1

                                    減速の物理 磁束上の流体は光球面を突破しづらいため下方の磁束を抑制する

                                    軸方向計算と断面方向計算断面方向の浮上が速い 断面計算では磁束上の流体が流れ落ちるため

                                    3 次元計算の困難さ グリッド数が膨大になる( N = 106 rarr 109 )

                                    23

                                    内容

                                    1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                    1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                    3 3次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                    24

                                    3 次元浮上磁場計算

                                    セットアップ 2 次元計算と同じ初期条件

                                    25-400 xH0 +400

                                    zH0

                                    +250

                                    -200 yH0-200

                                    +200

                                    LX = 160000 km

                                    LZ = 90000 km

                                    NX timesNYtimesNZ

                                    =512times256times1024=108 (非一様グリッド)

                                    LY = 80000 km

                                    3 次元浮上磁場計算

                                    磁場強度 log(BB0)

                                    26

                                    bullxlt0 ygt0 のみ表示bull表面付近で水平に広がった構造をとるbull上空に複数の磁気ドームを形成する

                                    3 次元浮上磁場計算

                                    磁束高度浮上速度の時間発展

                                    27

                                    3 次元浮上磁場計算

                                    光球面磁場 BZB0

                                    28

                                    Fan (2001)

                                    3 次元浮上磁場計算

                                    光球面磁場 BZB0 と磁力線

                                    29

                                    bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

                                    3 次元浮上磁場計算

                                    結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

                                    30

                                    3 次元浮上磁場計算

                                    議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

                                    された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

                                    される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

                                    ているようではない

                                    31

                                    Zwaan (1985)

                                    3 次元浮上磁場計算

                                    議論 光球面で「交換モード不安定」によ

                                    る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

                                    32Strous amp Zwaan (1999)

                                    3 次元浮上磁場計算

                                    議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

                                    が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

                                    33

                                    3 次元浮上磁場計算

                                    議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

                                    浮上するとフットポイントが移動する

                                    34

                                    Outer fields Inner fields

                                    内容

                                    1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                    1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                    3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                    35

                                    まとめ

                                    深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                                    磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                                    36

                                    観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                                    光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                                    今後の課題

                                    複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                                    黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                                    パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                                    輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                                    37

                                    FinThank you for your attention

                                    1 Introduction

                                    39

                                    2 Previous 2D Works

                                    40

                                    3 3D Calculation

                                    41

                                    4 Summary and Future Works

                                    42

                                    4 What to Study in HAO

                                    43

                                    What to Study in HAO

                                    Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                    Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                    Others Interaction between emerging flux and the convection

                                    44

                                    2-4 2D Parameter Study

                                    45

                                    Parameter Study

                                    Varying

                                    Field strength BX

                                    Total flux Φ

                                    to study the condition of the flux emergence

                                    Total flux Φ

                                    Field strength BX

                                    46

                                    Parameter Study

                                    two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                    dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                    47

                                    Parameter Study

                                    Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                    48

                                    Parameter Study BX-Φ too strong

                                    49

                                    Density field lines and velocity vectors

                                    Parameter Study

                                    Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                    50

                                    Parameter Survey

                                    Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                    51

                                    Parameter Survey

                                    times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                    52

                                    Parameter Survey BX-Φ weak

                                    53

                                    Density field lines and velocity vectors

                                    Parameter Survey

                                    times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                    54

                                    Parameter Survey BX-Φ weak

                                    55

                                    Density field lines and velocity vectors

                                    Parameter Study

                                    Varying

                                    Field strength BX

                                    Initial twist q

                                    to study the condition of the flux emergence

                                    Initial twist q

                                    Field strength BX

                                    56

                                    Parameter Study

                                    Varying axial field strength BX

                                    57

                                    Parameter Study typical case

                                    Varying axial field strength BX

                                    58

                                    59

                                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                                    Parameter Study typical case

                                    Parameter Study BX strong

                                    Varying axial field strength BX

                                    60

                                    61

                                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                                    Parameter Study BX strong

                                    Parameter Study BX weak

                                    Varying axial field strength BX

                                    62

                                    63

                                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                                    Parameter Study BX weak

                                    Parameter Study

                                    Varying initial twist q

                                    64

                                    Parameter Study q weak

                                    Varying initial twist q

                                    65

                                    66

                                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                                    Parameter Study q weak

                                    3-1 Setup and Results

                                    67

                                    Setup

                                    Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                    qH0=01 case rarr

                                    68

                                    rqrBrB x

                                    2

                                    tube

                                    2

                                    tube expR

                                    rBrBx

                                    3-2 Summary of 3D Work

                                    69

                                    Appendix

                                    70

                                    Active Regions and Emerging Flux

                                    71

                                    North Pole

                                    Equator

                                    Convection Zone

                                    Radiative Zone

                                    Core

                                    Zwaan (1985)

                                    Active Regions and Emerging Flux

                                    Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                    (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                    72

                                    North Pole

                                    Equator

                                    Convection Zone

                                    Radiative Zone

                                    Core

                                    2-1 2D calculations

                                    73

                                    Apex of the Emerging Loop

                                    Height Zapex

                                    Rise Velocity VZapex

                                    Surfacerarr

                                    74

                                    -20000 kmrarr

                                    Axial Calculation Results

                                    Magneticflux

                                    Accumulateddensity

                                    Magneticflux

                                    Accumulateddensity

                                    Accumulateddensity

                                    Magneticflux

                                    Deceleration near the Surface

                                    Accumulated density

                                    75

                                    0 t

                                    2-2 Cross-sectional Calculation

                                    76

                                    2-3 Summary of 2D Works

                                    77

                                    2-2 Smaller-scale 3D Works

                                    78

                                    Results qH0=040 (rapid two-step)

                                    79

                                    Results qH0=015 (slow two-step)

                                    80

                                    Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                    81

                                    Results qH0=015 (slow two-step)

                                    Logarithmic density

                                    Summary of 3D Work

                                    Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                    Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                    82

                                    Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                    decelerates and

                                    expands horizontally

                                    Otsuji et al (2010)83

                                    Observation

                                    Results qH0=005 (failed)

                                    84

                                    Results

                                    Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                    85

                                    q large

                                    q small

                                    Results

                                    Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                    86

                                    Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                    Results

                                    Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                    87

                                    Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                    Results

                                    Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                    q large obeys the initial

                                    q2 law because the tube

                                    keeps its coherency q small Emag increases

                                    because it takes more time

                                    to emerge to the corona

                                    and Emag is stored in the

                                    photospheric tongue 88

                                    dVB

                                    Ez

                                    0

                                    2

                                    mag 8

                                    Results

                                    Cross-section when

                                    the apex reaches zH0=40

                                    89

                                    Large-scale 3D calculation

                                    Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                    90

                                    Large-scale 3D calculation

                                    Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                    91

                                    Large-scale 3D calculation

                                    Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                    92

                                    Observation

                                    Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                    decelerates and

                                    expands horizontally

                                    Otsuji et al (2010)93

                                    イントロダクション

                                    ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                    考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                    (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                    94

                                    数値モデル

                                    初期磁束管 exp型分布

                                    ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                    磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                    磁束管の内部圧力を

                                      と表すこのとき force balance

                                     が保たれるよう

                                     とする

                                    rqrBrB x

                                    2

                                    tube

                                    2

                                    tube expR

                                    rBrBx

                                    r

                                    BBB

                                    dr

                                    d

                                    dr

                                    dp x

                                    48

                                    222

                                    exc

                                    222

                                    tube2exc 1

                                    28

                                    1xBr

                                    Rqp

                                    rpzpzyp excsi

                                    B

                                    x

                                    r

                                    B

                                    BX

                                    2πr

                                    95

                                    議論とまとめ

                                    結果の比較

                                    物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                    初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                    総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                    初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                    磁束管の半径 1000 km

                                    初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                    1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                    減速した深さ -10000 km -5000 km

                                    96

                                    断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                    議論とまとめ

                                    3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                    軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                    総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                    考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                    倍 )

                                    将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                    97

                                    1 G = 10-4 T = 105 nT

                                    太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                    太陽と磁場

                                    Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                    98

                                    活動領域と浮上磁場

                                    活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                    磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                    太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                    Zwaan (1985)

                                    Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                    99

                                    磁気浮力と Parker 不安定性

                                    磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                    る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                    Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                    内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                    外圧 Pe

                                    ggf ieb )(

                                    100

                                    活動領域と浮上磁場

                                    AR 10926

                                    101

                                    磁束浮上シミュレーション

                                    磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                    102

                                    対流層内部における近似計算

                                    ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                    た 細管近似

                                    対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                    物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                    Caligari et al (1995)

                                    103

                                    対流層内部における近似計算

                                    非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                    大きく上回る したがって音速を数値計算

                                    中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                    Fan (2001a)104

                                    対流層内部における近似計算 (22)

                                    しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                    細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                    したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                    105

                                    浮上磁場シミュレーション

                                    光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                    的にコロナへ浮上

                                    対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                    Shibata et al (1989) 106

                                    光球付近での減速機構

                                    光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                    Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                    Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                    Magara (2001)

                                    107

                                    本研究の目的 (12)

                                    上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                    しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                    対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                    しかし近似は対流層上部で破たんする

                                    したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                    108

                                    本研究の目的 (22)

                                    そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                    対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                    典型波長 ~ 数 10 万 km

                                    典型波長 ~ 数 1000 km109

                                    本研究の目的

                                    減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                    2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                    典型波長 ~ 数 10 万 km

                                    典型波長 ~ 数 1000 km110

                                    数値モデル

                                    初期条件

                                    xH-400 0 400

                                    zH

                                    200

                                    100

                                    -200

                                    -100

                                    NX timesNZ

                                    =1536times1920

                                    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                    磁束の厚さD = 1000 km

                                    磁束の深さ -20000 km

                                    光球 (等温 ) = 対流安定

                                    111

                                    LX = 16 万 km

                                    LZ = 8 万 km

                                    数値モデル (22)

                                    対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                    無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                    速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                    時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                    密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                    圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                    温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                    磁場強度 B0 = 300 G 112

                                    数値モデル (23)

                                    初期条件 (z 方向分布 )

                                    磁場BX

                                    密度ρ

                                    圧力 p

                                    温度 T

                                    対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                    113

                                    数値モデル (24)

                                    境界条件

                                    -400 0 400

                                    200

                                    100

                                    -200

                                    -100

                                    周期境界 対称境界

                                    減衰領域

                                    x H0

                                    z H0

                                    114

                                    数値モデル (14)

                                    初期条件

                                    x H0

                                    -400 0 400

                                    z H0

                                    200

                                    100

                                    -200

                                    -100

                                    NZ=1920

                                    NX=1536

                                    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                    width D

                                    z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                    115

                                    減速の物理 (34)

                                    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                    116

                                    減速の物理 (34)

                                    磁束シート上のプラズマ

                                    シート上にプラズマが蓄積する

                                    磁束シートの浮上

                                    磁束シートが平らになる

                                    減速

                                    117

                                    光球付近における減速

                                    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                    磁場

                                    密度差

                                    磁場

                                    密度差密度差

                                    磁場

                                    118

                                    5 パラメータ研究

                                    119

                                    パラメータ研究 (111)

                                    磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                    総磁束量 Φ

                                    を変えた計算を行った

                                    総磁束量 Φ

                                    磁場強度 BX

                                    120

                                    パラメータ研究 (211)

                                    2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                    点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                    121

                                    パラメータ研究 (311)

                                    減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                    122

                                    パラメータ研究 (511)

                                    2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                    123

                                    パラメータ研究 (611)

                                    2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                    124

                                    パラメータ研究 (711)

                                    times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                    125

                                    パラメータ研究 (811)

                                    密度磁力線速度場126

                                    パラメータ研究 (911)

                                    対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                    EmagEkin lt 1

                                    127

                                    パラメータ研究 (1011)

                                    times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                    軸方向計算のまとめ

                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                    減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                    129

                                    断面方向計算のまとめ

                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                    減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                    130

                                    Resistive Emergence Model

                                    Pariat et al (2004) Model established through

                                    observations Isobe et al (2007)

                                    2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                    3D simulations131

                                    Preceding Studies(13)

                                    Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                    force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                    that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                    132

                                    Preceding Studies(23)

                                    Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                    persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                    133

                                    Preceding Studies(33)

                                    Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                    gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                    Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                    zzz pF BJg

                                    134

                                    Parameter Survey and Discussion (99)

                                    135

                                    Parameter Survey and Discussion (89)

                                    Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                    magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                     rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                     rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                     rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                    Moreno-Insertis et al (1995)

                                    136

                                    3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                    137

                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                    Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                    138

                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                    Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                    twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                    139

                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                    Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                    emerged

                                    q large direct emergence without a tongue

                                    q small two-step emergence with a tongue

                                    140

                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                    Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                    141

                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                    Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                    Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                    142

                                    Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                    Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                    Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                    Radius Rtube 5 25

                                    Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                    Initial depth ztube -10 -10

                                    Convection zone Unstable Neutrally stable

                                    Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                    Result Every q emerged q=01 failed

                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                    Miyagoshi et al Initial condition

                                    plasma β = P Pmag lt 1

                                    at the tube top Strong tubehellip

                                    143

                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                    Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                    on the initial twist q

                                    q large direct emergence

                                      Emag increases with q q small two-step emergence

                                      Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                    144

                                    dVB

                                    E corona

                                    2

                                    mag 8

                                    Setup and Results

                                    Conditions

                                    q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                    145

                                    Our case Murray et al (2006)

                                    Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                    Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                    Radius Rtube 25 25

                                    Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                    Initial depth ztube -10 -10

                                    Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                    Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                    Result qlt01 failed q=01 failed

                                    セットアップと計算結果

                                    結果 (x=0)

                                    146

                                    セットアップと計算結果

                                    結果 (y=0)

                                    147

                                    • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                    • 内容
                                    • 内容 (2)
                                    • 太陽活動と磁場
                                    • 活動領域と浮上磁場
                                    • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                    • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                    • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                    • 先行研究の概観
                                    • 浮上磁場研究の問題点課題
                                    • 本研究の目的
                                    • 内容 (3)
                                    • 2次元計算2つのモード
                                    • 内容 (4)
                                    • 2次元軸方向計算
                                    • Slide 16
                                    • 光球付近における減速
                                    • パラメータ研究
                                    • 内容 (5)
                                    • 25次元断面方向計算
                                    • Slide 21
                                    • パラメータ研究 (2)
                                    • 2次元計算のまとめ
                                    • 内容 (6)
                                    • 3次元浮上磁場計算
                                    • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                    • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                    • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                    • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                    • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                    • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                    • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                    • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                    • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                    • 内容 (7)
                                    • まとめ
                                    • 今後の課題
                                    • Fin
                                    • 1 Introduction
                                    • 2 Previous 2D Works
                                    • 3 3D Calculation
                                    • 4 Summary and Future Works
                                    • 4 What to Study in HAO
                                    • What to Study in HAO
                                    • 2-4 2D Parameter Study
                                    • Parameter Study
                                    • Parameter Study (2)
                                    • Parameter Study (3)
                                    • Parameter Study BX-Φ too strong
                                    • Parameter Study (4)
                                    • Parameter Survey
                                    • Parameter Survey (2)
                                    • Parameter Survey BX-Φ weak
                                    • Parameter Survey (3)
                                    • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                    • Parameter Study (5)
                                    • Parameter Study (6)
                                    • Parameter Study typical case
                                    • Slide 59
                                    • Parameter Study BX strong
                                    • Slide 61
                                    • Parameter Study BX weak
                                    • Slide 63
                                    • Parameter Study (7)
                                    • Parameter Study q weak
                                    • Slide 66
                                    • 3-1 Setup and Results
                                    • Setup
                                    • 3-2 Summary of 3D Work
                                    • Appendix
                                    • Active Regions and Emerging Flux
                                    • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                    • 2-1 2D calculations
                                    • Slide 74
                                    • Deceleration near the Surface
                                    • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                    • 2-3 Summary of 2D Works
                                    • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                    • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                    • Results qH0=015 (slow two-step)
                                    • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                    • Summary of 3D Work
                                    • Observation
                                    • Results qH0=005 (failed)
                                    • Results
                                    • Results (2)
                                    • Results (3)
                                    • Results (4)
                                    • Results (5)
                                    • Large-scale 3D calculation
                                    • Large-scale 3D calculation (2)
                                    • Large-scale 3D calculation (3)
                                    • Observation (2)
                                    • イントロダクション
                                    • 数値モデル
                                    • 議論とまとめ
                                    • 議論とまとめ (2)
                                    • 太陽と磁場
                                    • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                    • 磁気浮力とParker不安定性
                                    • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                    • 磁束浮上シミュレーション
                                    • 対流層内部における近似計算
                                    • 対流層内部における近似計算 (2)
                                    • 対流層内部における近似計算 (22)
                                    • 浮上磁場シミュレーション
                                    • 光球付近での減速機構
                                    • 本研究の目的 (12)
                                    • 本研究の目的 (22)
                                    • 本研究の目的 (4)
                                    • 数値モデル (2)
                                    • 数値モデル (22)
                                    • 数値モデル (23)
                                    • 数値モデル (24)
                                    • 数値モデル (14)
                                    • 減速の物理 (34)
                                    • 減速の物理 (34) (2)
                                    • 光球付近における減速 (2)
                                    • 5 パラメータ研究
                                    • パラメータ研究 (111)
                                    • パラメータ研究 (211)
                                    • パラメータ研究 (311)
                                    • パラメータ研究 (511)
                                    • パラメータ研究 (611)
                                    • パラメータ研究 (711)
                                    • パラメータ研究 (811)
                                    • パラメータ研究 (911)
                                    • パラメータ研究 (1011)
                                    • 軸方向計算のまとめ
                                    • 断面方向計算のまとめ
                                    • Resistive Emergence Model
                                    • Preceding Studies(13)
                                    • Preceding Studies(23)
                                    • Preceding Studies(33)
                                    • Parameter Survey and Discussion (99)
                                    • Parameter Survey and Discussion (89)
                                    • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                    • Introduction of Miyagoshi et al
                                    • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                    • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                    • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                    • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                    • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                    • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                    • Setup and Results
                                    • セットアップと計算結果
                                    • セットアップと計算結果 (2)

                                      内容

                                      1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                      1 2 次元軸方向計算2 25次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                      3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                      19

                                      25 次元断面方向計算

                                      セットアップ

                                      BX = 15times104 G Φ = 47times1020 Mx

                                      20

                                      LY = 160000 km

                                      LZ = 80000 km

                                      磁束管半径D = 1000 km

                                      磁束管初期深度 -20000 km

                                      yH0

                                      zH0

                                      NX timesNZ

                                      =1536times1920 -400 +400

                                      +200

                                      -200

                                      光球は等温成層= 対流安定

                                      21

                                      25 次元断面方向計算

                                      密度磁力線速度場

                                      パラメータ研究

                                      現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

                                      磁場強度 B = 15times104 G ねじれ強度 gt 50times10-4 km -1

                                      22

                                      +=

                                      2 次元計算のまとめ

                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上計算 光球付近で減速し水平に広がった構造を形成する B = 104 G Φ = 1021-1022 Mx ねじれ gt 50times10-4 km-1

                                      減速の物理 磁束上の流体は光球面を突破しづらいため下方の磁束を抑制する

                                      軸方向計算と断面方向計算断面方向の浮上が速い 断面計算では磁束上の流体が流れ落ちるため

                                      3 次元計算の困難さ グリッド数が膨大になる( N = 106 rarr 109 )

                                      23

                                      内容

                                      1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                      1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                      3 3次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                      24

                                      3 次元浮上磁場計算

                                      セットアップ 2 次元計算と同じ初期条件

                                      25-400 xH0 +400

                                      zH0

                                      +250

                                      -200 yH0-200

                                      +200

                                      LX = 160000 km

                                      LZ = 90000 km

                                      NX timesNYtimesNZ

                                      =512times256times1024=108 (非一様グリッド)

                                      LY = 80000 km

                                      3 次元浮上磁場計算

                                      磁場強度 log(BB0)

                                      26

                                      bullxlt0 ygt0 のみ表示bull表面付近で水平に広がった構造をとるbull上空に複数の磁気ドームを形成する

                                      3 次元浮上磁場計算

                                      磁束高度浮上速度の時間発展

                                      27

                                      3 次元浮上磁場計算

                                      光球面磁場 BZB0

                                      28

                                      Fan (2001)

                                      3 次元浮上磁場計算

                                      光球面磁場 BZB0 と磁力線

                                      29

                                      bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

                                      3 次元浮上磁場計算

                                      結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

                                      30

                                      3 次元浮上磁場計算

                                      議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

                                      された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

                                      される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

                                      ているようではない

                                      31

                                      Zwaan (1985)

                                      3 次元浮上磁場計算

                                      議論 光球面で「交換モード不安定」によ

                                      る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

                                      32Strous amp Zwaan (1999)

                                      3 次元浮上磁場計算

                                      議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

                                      が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

                                      33

                                      3 次元浮上磁場計算

                                      議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

                                      浮上するとフットポイントが移動する

                                      34

                                      Outer fields Inner fields

                                      内容

                                      1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                      1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                      3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                      35

                                      まとめ

                                      深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                                      磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                                      36

                                      観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                                      光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                                      今後の課題

                                      複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                                      黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                                      パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                                      輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                                      37

                                      FinThank you for your attention

                                      1 Introduction

                                      39

                                      2 Previous 2D Works

                                      40

                                      3 3D Calculation

                                      41

                                      4 Summary and Future Works

                                      42

                                      4 What to Study in HAO

                                      43

                                      What to Study in HAO

                                      Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                      Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                      Others Interaction between emerging flux and the convection

                                      44

                                      2-4 2D Parameter Study

                                      45

                                      Parameter Study

                                      Varying

                                      Field strength BX

                                      Total flux Φ

                                      to study the condition of the flux emergence

                                      Total flux Φ

                                      Field strength BX

                                      46

                                      Parameter Study

                                      two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                      dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                      47

                                      Parameter Study

                                      Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                      48

                                      Parameter Study BX-Φ too strong

                                      49

                                      Density field lines and velocity vectors

                                      Parameter Study

                                      Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                      50

                                      Parameter Survey

                                      Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                      51

                                      Parameter Survey

                                      times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                      52

                                      Parameter Survey BX-Φ weak

                                      53

                                      Density field lines and velocity vectors

                                      Parameter Survey

                                      times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                      54

                                      Parameter Survey BX-Φ weak

                                      55

                                      Density field lines and velocity vectors

                                      Parameter Study

                                      Varying

                                      Field strength BX

                                      Initial twist q

                                      to study the condition of the flux emergence

                                      Initial twist q

                                      Field strength BX

                                      56

                                      Parameter Study

                                      Varying axial field strength BX

                                      57

                                      Parameter Study typical case

                                      Varying axial field strength BX

                                      58

                                      59

                                      Density Field Lines and Velocity Vectors

                                      Parameter Study typical case

                                      Parameter Study BX strong

                                      Varying axial field strength BX

                                      60

                                      61

                                      Density Field Lines and Velocity Vectors

                                      Parameter Study BX strong

                                      Parameter Study BX weak

                                      Varying axial field strength BX

                                      62

                                      63

                                      Density Field Lines and Velocity Vectors

                                      Parameter Study BX weak

                                      Parameter Study

                                      Varying initial twist q

                                      64

                                      Parameter Study q weak

                                      Varying initial twist q

                                      65

                                      66

                                      Density Field Lines and Velocity Vectors

                                      Parameter Study q weak

                                      3-1 Setup and Results

                                      67

                                      Setup

                                      Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                      qH0=01 case rarr

                                      68

                                      rqrBrB x

                                      2

                                      tube

                                      2

                                      tube expR

                                      rBrBx

                                      3-2 Summary of 3D Work

                                      69

                                      Appendix

                                      70

                                      Active Regions and Emerging Flux

                                      71

                                      North Pole

                                      Equator

                                      Convection Zone

                                      Radiative Zone

                                      Core

                                      Zwaan (1985)

                                      Active Regions and Emerging Flux

                                      Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                      (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                      72

                                      North Pole

                                      Equator

                                      Convection Zone

                                      Radiative Zone

                                      Core

                                      2-1 2D calculations

                                      73

                                      Apex of the Emerging Loop

                                      Height Zapex

                                      Rise Velocity VZapex

                                      Surfacerarr

                                      74

                                      -20000 kmrarr

                                      Axial Calculation Results

                                      Magneticflux

                                      Accumulateddensity

                                      Magneticflux

                                      Accumulateddensity

                                      Accumulateddensity

                                      Magneticflux

                                      Deceleration near the Surface

                                      Accumulated density

                                      75

                                      0 t

                                      2-2 Cross-sectional Calculation

                                      76

                                      2-3 Summary of 2D Works

                                      77

                                      2-2 Smaller-scale 3D Works

                                      78

                                      Results qH0=040 (rapid two-step)

                                      79

                                      Results qH0=015 (slow two-step)

                                      80

                                      Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                      81

                                      Results qH0=015 (slow two-step)

                                      Logarithmic density

                                      Summary of 3D Work

                                      Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                      Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                      82

                                      Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                      decelerates and

                                      expands horizontally

                                      Otsuji et al (2010)83

                                      Observation

                                      Results qH0=005 (failed)

                                      84

                                      Results

                                      Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                      85

                                      q large

                                      q small

                                      Results

                                      Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                      86

                                      Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                      Results

                                      Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                      87

                                      Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                      Results

                                      Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                      q large obeys the initial

                                      q2 law because the tube

                                      keeps its coherency q small Emag increases

                                      because it takes more time

                                      to emerge to the corona

                                      and Emag is stored in the

                                      photospheric tongue 88

                                      dVB

                                      Ez

                                      0

                                      2

                                      mag 8

                                      Results

                                      Cross-section when

                                      the apex reaches zH0=40

                                      89

                                      Large-scale 3D calculation

                                      Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                      90

                                      Large-scale 3D calculation

                                      Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                      91

                                      Large-scale 3D calculation

                                      Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                      92

                                      Observation

                                      Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                      decelerates and

                                      expands horizontally

                                      Otsuji et al (2010)93

                                      イントロダクション

                                      ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                      考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                      (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                      94

                                      数値モデル

                                      初期磁束管 exp型分布

                                      ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                      磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                      磁束管の内部圧力を

                                        と表すこのとき force balance

                                       が保たれるよう

                                       とする

                                      rqrBrB x

                                      2

                                      tube

                                      2

                                      tube expR

                                      rBrBx

                                      r

                                      BBB

                                      dr

                                      d

                                      dr

                                      dp x

                                      48

                                      222

                                      exc

                                      222

                                      tube2exc 1

                                      28

                                      1xBr

                                      Rqp

                                      rpzpzyp excsi

                                      B

                                      x

                                      r

                                      B

                                      BX

                                      2πr

                                      95

                                      議論とまとめ

                                      結果の比較

                                      物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                      初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                      総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                      初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                      磁束管の半径 1000 km

                                      初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                      1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                      減速した深さ -10000 km -5000 km

                                      96

                                      断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                      議論とまとめ

                                      3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                      軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                      総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                      考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                      倍 )

                                      将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                      97

                                      1 G = 10-4 T = 105 nT

                                      太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                      太陽と磁場

                                      Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                      98

                                      活動領域と浮上磁場

                                      活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                      磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                      太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                      Zwaan (1985)

                                      Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                      99

                                      磁気浮力と Parker 不安定性

                                      磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                      る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                      Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                      内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                      外圧 Pe

                                      ggf ieb )(

                                      100

                                      活動領域と浮上磁場

                                      AR 10926

                                      101

                                      磁束浮上シミュレーション

                                      磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                      102

                                      対流層内部における近似計算

                                      ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                      た 細管近似

                                      対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                      物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                      Caligari et al (1995)

                                      103

                                      対流層内部における近似計算

                                      非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                      大きく上回る したがって音速を数値計算

                                      中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                      Fan (2001a)104

                                      対流層内部における近似計算 (22)

                                      しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                      細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                      したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                      105

                                      浮上磁場シミュレーション

                                      光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                      的にコロナへ浮上

                                      対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                      Shibata et al (1989) 106

                                      光球付近での減速機構

                                      光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                      Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                      Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                      Magara (2001)

                                      107

                                      本研究の目的 (12)

                                      上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                      しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                      対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                      しかし近似は対流層上部で破たんする

                                      したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                      108

                                      本研究の目的 (22)

                                      そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                      対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                      典型波長 ~ 数 10 万 km

                                      典型波長 ~ 数 1000 km109

                                      本研究の目的

                                      減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                      2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                      典型波長 ~ 数 10 万 km

                                      典型波長 ~ 数 1000 km110

                                      数値モデル

                                      初期条件

                                      xH-400 0 400

                                      zH

                                      200

                                      100

                                      -200

                                      -100

                                      NX timesNZ

                                      =1536times1920

                                      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                      磁束の厚さD = 1000 km

                                      磁束の深さ -20000 km

                                      光球 (等温 ) = 対流安定

                                      111

                                      LX = 16 万 km

                                      LZ = 8 万 km

                                      数値モデル (22)

                                      対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                      無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                      速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                      時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                      密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                      圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                      温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                      磁場強度 B0 = 300 G 112

                                      数値モデル (23)

                                      初期条件 (z 方向分布 )

                                      磁場BX

                                      密度ρ

                                      圧力 p

                                      温度 T

                                      対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                      113

                                      数値モデル (24)

                                      境界条件

                                      -400 0 400

                                      200

                                      100

                                      -200

                                      -100

                                      周期境界 対称境界

                                      減衰領域

                                      x H0

                                      z H0

                                      114

                                      数値モデル (14)

                                      初期条件

                                      x H0

                                      -400 0 400

                                      z H0

                                      200

                                      100

                                      -200

                                      -100

                                      NZ=1920

                                      NX=1536

                                      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                      width D

                                      z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                      115

                                      減速の物理 (34)

                                      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                      116

                                      減速の物理 (34)

                                      磁束シート上のプラズマ

                                      シート上にプラズマが蓄積する

                                      磁束シートの浮上

                                      磁束シートが平らになる

                                      減速

                                      117

                                      光球付近における減速

                                      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                      磁場

                                      密度差

                                      磁場

                                      密度差密度差

                                      磁場

                                      118

                                      5 パラメータ研究

                                      119

                                      パラメータ研究 (111)

                                      磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                      総磁束量 Φ

                                      を変えた計算を行った

                                      総磁束量 Φ

                                      磁場強度 BX

                                      120

                                      パラメータ研究 (211)

                                      2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                      点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                      121

                                      パラメータ研究 (311)

                                      減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                      122

                                      パラメータ研究 (511)

                                      2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                      123

                                      パラメータ研究 (611)

                                      2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                      124

                                      パラメータ研究 (711)

                                      times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                      125

                                      パラメータ研究 (811)

                                      密度磁力線速度場126

                                      パラメータ研究 (911)

                                      対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                      EmagEkin lt 1

                                      127

                                      パラメータ研究 (1011)

                                      times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                      軸方向計算のまとめ

                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                      減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                      129

                                      断面方向計算のまとめ

                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                      減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                      130

                                      Resistive Emergence Model

                                      Pariat et al (2004) Model established through

                                      observations Isobe et al (2007)

                                      2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                      3D simulations131

                                      Preceding Studies(13)

                                      Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                      force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                      that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                      132

                                      Preceding Studies(23)

                                      Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                      persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                      133

                                      Preceding Studies(33)

                                      Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                      gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                      Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                      zzz pF BJg

                                      134

                                      Parameter Survey and Discussion (99)

                                      135

                                      Parameter Survey and Discussion (89)

                                      Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                      magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                       rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                       rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                       rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                      Moreno-Insertis et al (1995)

                                      136

                                      3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                      137

                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                      Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                      138

                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                      Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                      twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                      139

                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                      Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                      emerged

                                      q large direct emergence without a tongue

                                      q small two-step emergence with a tongue

                                      140

                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                      Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                      141

                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                      Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                      Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                      142

                                      Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                      Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                      Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                      Radius Rtube 5 25

                                      Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                      Initial depth ztube -10 -10

                                      Convection zone Unstable Neutrally stable

                                      Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                      Result Every q emerged q=01 failed

                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                      Miyagoshi et al Initial condition

                                      plasma β = P Pmag lt 1

                                      at the tube top Strong tubehellip

                                      143

                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                      Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                      on the initial twist q

                                      q large direct emergence

                                        Emag increases with q q small two-step emergence

                                        Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                      144

                                      dVB

                                      E corona

                                      2

                                      mag 8

                                      Setup and Results

                                      Conditions

                                      q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                      145

                                      Our case Murray et al (2006)

                                      Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                      Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                      Radius Rtube 25 25

                                      Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                      Initial depth ztube -10 -10

                                      Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                      Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                      Result qlt01 failed q=01 failed

                                      セットアップと計算結果

                                      結果 (x=0)

                                      146

                                      セットアップと計算結果

                                      結果 (y=0)

                                      147

                                      • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                      • 内容
                                      • 内容 (2)
                                      • 太陽活動と磁場
                                      • 活動領域と浮上磁場
                                      • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                      • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                      • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                      • 先行研究の概観
                                      • 浮上磁場研究の問題点課題
                                      • 本研究の目的
                                      • 内容 (3)
                                      • 2次元計算2つのモード
                                      • 内容 (4)
                                      • 2次元軸方向計算
                                      • Slide 16
                                      • 光球付近における減速
                                      • パラメータ研究
                                      • 内容 (5)
                                      • 25次元断面方向計算
                                      • Slide 21
                                      • パラメータ研究 (2)
                                      • 2次元計算のまとめ
                                      • 内容 (6)
                                      • 3次元浮上磁場計算
                                      • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                      • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                      • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                      • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                      • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                      • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                      • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                      • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                      • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                      • 内容 (7)
                                      • まとめ
                                      • 今後の課題
                                      • Fin
                                      • 1 Introduction
                                      • 2 Previous 2D Works
                                      • 3 3D Calculation
                                      • 4 Summary and Future Works
                                      • 4 What to Study in HAO
                                      • What to Study in HAO
                                      • 2-4 2D Parameter Study
                                      • Parameter Study
                                      • Parameter Study (2)
                                      • Parameter Study (3)
                                      • Parameter Study BX-Φ too strong
                                      • Parameter Study (4)
                                      • Parameter Survey
                                      • Parameter Survey (2)
                                      • Parameter Survey BX-Φ weak
                                      • Parameter Survey (3)
                                      • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                      • Parameter Study (5)
                                      • Parameter Study (6)
                                      • Parameter Study typical case
                                      • Slide 59
                                      • Parameter Study BX strong
                                      • Slide 61
                                      • Parameter Study BX weak
                                      • Slide 63
                                      • Parameter Study (7)
                                      • Parameter Study q weak
                                      • Slide 66
                                      • 3-1 Setup and Results
                                      • Setup
                                      • 3-2 Summary of 3D Work
                                      • Appendix
                                      • Active Regions and Emerging Flux
                                      • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                      • 2-1 2D calculations
                                      • Slide 74
                                      • Deceleration near the Surface
                                      • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                      • 2-3 Summary of 2D Works
                                      • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                      • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                      • Results qH0=015 (slow two-step)
                                      • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                      • Summary of 3D Work
                                      • Observation
                                      • Results qH0=005 (failed)
                                      • Results
                                      • Results (2)
                                      • Results (3)
                                      • Results (4)
                                      • Results (5)
                                      • Large-scale 3D calculation
                                      • Large-scale 3D calculation (2)
                                      • Large-scale 3D calculation (3)
                                      • Observation (2)
                                      • イントロダクション
                                      • 数値モデル
                                      • 議論とまとめ
                                      • 議論とまとめ (2)
                                      • 太陽と磁場
                                      • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                      • 磁気浮力とParker不安定性
                                      • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                      • 磁束浮上シミュレーション
                                      • 対流層内部における近似計算
                                      • 対流層内部における近似計算 (2)
                                      • 対流層内部における近似計算 (22)
                                      • 浮上磁場シミュレーション
                                      • 光球付近での減速機構
                                      • 本研究の目的 (12)
                                      • 本研究の目的 (22)
                                      • 本研究の目的 (4)
                                      • 数値モデル (2)
                                      • 数値モデル (22)
                                      • 数値モデル (23)
                                      • 数値モデル (24)
                                      • 数値モデル (14)
                                      • 減速の物理 (34)
                                      • 減速の物理 (34) (2)
                                      • 光球付近における減速 (2)
                                      • 5 パラメータ研究
                                      • パラメータ研究 (111)
                                      • パラメータ研究 (211)
                                      • パラメータ研究 (311)
                                      • パラメータ研究 (511)
                                      • パラメータ研究 (611)
                                      • パラメータ研究 (711)
                                      • パラメータ研究 (811)
                                      • パラメータ研究 (911)
                                      • パラメータ研究 (1011)
                                      • 軸方向計算のまとめ
                                      • 断面方向計算のまとめ
                                      • Resistive Emergence Model
                                      • Preceding Studies(13)
                                      • Preceding Studies(23)
                                      • Preceding Studies(33)
                                      • Parameter Survey and Discussion (99)
                                      • Parameter Survey and Discussion (89)
                                      • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                      • Introduction of Miyagoshi et al
                                      • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                      • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                      • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                      • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                      • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                      • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                      • Setup and Results
                                      • セットアップと計算結果
                                      • セットアップと計算結果 (2)

                                        25 次元断面方向計算

                                        セットアップ

                                        BX = 15times104 G Φ = 47times1020 Mx

                                        20

                                        LY = 160000 km

                                        LZ = 80000 km

                                        磁束管半径D = 1000 km

                                        磁束管初期深度 -20000 km

                                        yH0

                                        zH0

                                        NX timesNZ

                                        =1536times1920 -400 +400

                                        +200

                                        -200

                                        光球は等温成層= 対流安定

                                        21

                                        25 次元断面方向計算

                                        密度磁力線速度場

                                        パラメータ研究

                                        現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

                                        磁場強度 B = 15times104 G ねじれ強度 gt 50times10-4 km -1

                                        22

                                        +=

                                        2 次元計算のまとめ

                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上計算 光球付近で減速し水平に広がった構造を形成する B = 104 G Φ = 1021-1022 Mx ねじれ gt 50times10-4 km-1

                                        減速の物理 磁束上の流体は光球面を突破しづらいため下方の磁束を抑制する

                                        軸方向計算と断面方向計算断面方向の浮上が速い 断面計算では磁束上の流体が流れ落ちるため

                                        3 次元計算の困難さ グリッド数が膨大になる( N = 106 rarr 109 )

                                        23

                                        内容

                                        1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                        1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                        3 3次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                        24

                                        3 次元浮上磁場計算

                                        セットアップ 2 次元計算と同じ初期条件

                                        25-400 xH0 +400

                                        zH0

                                        +250

                                        -200 yH0-200

                                        +200

                                        LX = 160000 km

                                        LZ = 90000 km

                                        NX timesNYtimesNZ

                                        =512times256times1024=108 (非一様グリッド)

                                        LY = 80000 km

                                        3 次元浮上磁場計算

                                        磁場強度 log(BB0)

                                        26

                                        bullxlt0 ygt0 のみ表示bull表面付近で水平に広がった構造をとるbull上空に複数の磁気ドームを形成する

                                        3 次元浮上磁場計算

                                        磁束高度浮上速度の時間発展

                                        27

                                        3 次元浮上磁場計算

                                        光球面磁場 BZB0

                                        28

                                        Fan (2001)

                                        3 次元浮上磁場計算

                                        光球面磁場 BZB0 と磁力線

                                        29

                                        bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

                                        3 次元浮上磁場計算

                                        結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

                                        30

                                        3 次元浮上磁場計算

                                        議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

                                        された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

                                        される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

                                        ているようではない

                                        31

                                        Zwaan (1985)

                                        3 次元浮上磁場計算

                                        議論 光球面で「交換モード不安定」によ

                                        る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

                                        32Strous amp Zwaan (1999)

                                        3 次元浮上磁場計算

                                        議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

                                        が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

                                        33

                                        3 次元浮上磁場計算

                                        議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

                                        浮上するとフットポイントが移動する

                                        34

                                        Outer fields Inner fields

                                        内容

                                        1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                        1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                        3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                        35

                                        まとめ

                                        深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                                        磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                                        36

                                        観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                                        光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                                        今後の課題

                                        複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                                        黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                                        パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                                        輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                                        37

                                        FinThank you for your attention

                                        1 Introduction

                                        39

                                        2 Previous 2D Works

                                        40

                                        3 3D Calculation

                                        41

                                        4 Summary and Future Works

                                        42

                                        4 What to Study in HAO

                                        43

                                        What to Study in HAO

                                        Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                        Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                        Others Interaction between emerging flux and the convection

                                        44

                                        2-4 2D Parameter Study

                                        45

                                        Parameter Study

                                        Varying

                                        Field strength BX

                                        Total flux Φ

                                        to study the condition of the flux emergence

                                        Total flux Φ

                                        Field strength BX

                                        46

                                        Parameter Study

                                        two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                        dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                        47

                                        Parameter Study

                                        Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                        48

                                        Parameter Study BX-Φ too strong

                                        49

                                        Density field lines and velocity vectors

                                        Parameter Study

                                        Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                        50

                                        Parameter Survey

                                        Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                        51

                                        Parameter Survey

                                        times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                        52

                                        Parameter Survey BX-Φ weak

                                        53

                                        Density field lines and velocity vectors

                                        Parameter Survey

                                        times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                        54

                                        Parameter Survey BX-Φ weak

                                        55

                                        Density field lines and velocity vectors

                                        Parameter Study

                                        Varying

                                        Field strength BX

                                        Initial twist q

                                        to study the condition of the flux emergence

                                        Initial twist q

                                        Field strength BX

                                        56

                                        Parameter Study

                                        Varying axial field strength BX

                                        57

                                        Parameter Study typical case

                                        Varying axial field strength BX

                                        58

                                        59

                                        Density Field Lines and Velocity Vectors

                                        Parameter Study typical case

                                        Parameter Study BX strong

                                        Varying axial field strength BX

                                        60

                                        61

                                        Density Field Lines and Velocity Vectors

                                        Parameter Study BX strong

                                        Parameter Study BX weak

                                        Varying axial field strength BX

                                        62

                                        63

                                        Density Field Lines and Velocity Vectors

                                        Parameter Study BX weak

                                        Parameter Study

                                        Varying initial twist q

                                        64

                                        Parameter Study q weak

                                        Varying initial twist q

                                        65

                                        66

                                        Density Field Lines and Velocity Vectors

                                        Parameter Study q weak

                                        3-1 Setup and Results

                                        67

                                        Setup

                                        Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                        qH0=01 case rarr

                                        68

                                        rqrBrB x

                                        2

                                        tube

                                        2

                                        tube expR

                                        rBrBx

                                        3-2 Summary of 3D Work

                                        69

                                        Appendix

                                        70

                                        Active Regions and Emerging Flux

                                        71

                                        North Pole

                                        Equator

                                        Convection Zone

                                        Radiative Zone

                                        Core

                                        Zwaan (1985)

                                        Active Regions and Emerging Flux

                                        Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                        (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                        72

                                        North Pole

                                        Equator

                                        Convection Zone

                                        Radiative Zone

                                        Core

                                        2-1 2D calculations

                                        73

                                        Apex of the Emerging Loop

                                        Height Zapex

                                        Rise Velocity VZapex

                                        Surfacerarr

                                        74

                                        -20000 kmrarr

                                        Axial Calculation Results

                                        Magneticflux

                                        Accumulateddensity

                                        Magneticflux

                                        Accumulateddensity

                                        Accumulateddensity

                                        Magneticflux

                                        Deceleration near the Surface

                                        Accumulated density

                                        75

                                        0 t

                                        2-2 Cross-sectional Calculation

                                        76

                                        2-3 Summary of 2D Works

                                        77

                                        2-2 Smaller-scale 3D Works

                                        78

                                        Results qH0=040 (rapid two-step)

                                        79

                                        Results qH0=015 (slow two-step)

                                        80

                                        Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                        81

                                        Results qH0=015 (slow two-step)

                                        Logarithmic density

                                        Summary of 3D Work

                                        Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                        Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                        82

                                        Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                        decelerates and

                                        expands horizontally

                                        Otsuji et al (2010)83

                                        Observation

                                        Results qH0=005 (failed)

                                        84

                                        Results

                                        Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                        85

                                        q large

                                        q small

                                        Results

                                        Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                        86

                                        Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                        Results

                                        Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                        87

                                        Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                        Results

                                        Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                        q large obeys the initial

                                        q2 law because the tube

                                        keeps its coherency q small Emag increases

                                        because it takes more time

                                        to emerge to the corona

                                        and Emag is stored in the

                                        photospheric tongue 88

                                        dVB

                                        Ez

                                        0

                                        2

                                        mag 8

                                        Results

                                        Cross-section when

                                        the apex reaches zH0=40

                                        89

                                        Large-scale 3D calculation

                                        Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                        90

                                        Large-scale 3D calculation

                                        Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                        91

                                        Large-scale 3D calculation

                                        Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                        92

                                        Observation

                                        Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                        decelerates and

                                        expands horizontally

                                        Otsuji et al (2010)93

                                        イントロダクション

                                        ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                        考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                        (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                        94

                                        数値モデル

                                        初期磁束管 exp型分布

                                        ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                        磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                        磁束管の内部圧力を

                                          と表すこのとき force balance

                                         が保たれるよう

                                         とする

                                        rqrBrB x

                                        2

                                        tube

                                        2

                                        tube expR

                                        rBrBx

                                        r

                                        BBB

                                        dr

                                        d

                                        dr

                                        dp x

                                        48

                                        222

                                        exc

                                        222

                                        tube2exc 1

                                        28

                                        1xBr

                                        Rqp

                                        rpzpzyp excsi

                                        B

                                        x

                                        r

                                        B

                                        BX

                                        2πr

                                        95

                                        議論とまとめ

                                        結果の比較

                                        物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                        初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                        総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                        初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                        磁束管の半径 1000 km

                                        初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                        1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                        減速した深さ -10000 km -5000 km

                                        96

                                        断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                        議論とまとめ

                                        3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                        軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                        総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                        考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                        倍 )

                                        将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                        97

                                        1 G = 10-4 T = 105 nT

                                        太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                        太陽と磁場

                                        Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                        98

                                        活動領域と浮上磁場

                                        活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                        磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                        太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                        Zwaan (1985)

                                        Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                        99

                                        磁気浮力と Parker 不安定性

                                        磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                        る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                        Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                        内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                        外圧 Pe

                                        ggf ieb )(

                                        100

                                        活動領域と浮上磁場

                                        AR 10926

                                        101

                                        磁束浮上シミュレーション

                                        磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                        102

                                        対流層内部における近似計算

                                        ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                        た 細管近似

                                        対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                        物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                        Caligari et al (1995)

                                        103

                                        対流層内部における近似計算

                                        非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                        大きく上回る したがって音速を数値計算

                                        中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                        Fan (2001a)104

                                        対流層内部における近似計算 (22)

                                        しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                        細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                        したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                        105

                                        浮上磁場シミュレーション

                                        光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                        的にコロナへ浮上

                                        対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                        Shibata et al (1989) 106

                                        光球付近での減速機構

                                        光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                        Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                        Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                        Magara (2001)

                                        107

                                        本研究の目的 (12)

                                        上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                        しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                        対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                        しかし近似は対流層上部で破たんする

                                        したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                        108

                                        本研究の目的 (22)

                                        そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                        対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                        典型波長 ~ 数 10 万 km

                                        典型波長 ~ 数 1000 km109

                                        本研究の目的

                                        減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                        2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                        典型波長 ~ 数 10 万 km

                                        典型波長 ~ 数 1000 km110

                                        数値モデル

                                        初期条件

                                        xH-400 0 400

                                        zH

                                        200

                                        100

                                        -200

                                        -100

                                        NX timesNZ

                                        =1536times1920

                                        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                        磁束の厚さD = 1000 km

                                        磁束の深さ -20000 km

                                        光球 (等温 ) = 対流安定

                                        111

                                        LX = 16 万 km

                                        LZ = 8 万 km

                                        数値モデル (22)

                                        対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                        無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                        速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                        時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                        密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                        圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                        温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                        磁場強度 B0 = 300 G 112

                                        数値モデル (23)

                                        初期条件 (z 方向分布 )

                                        磁場BX

                                        密度ρ

                                        圧力 p

                                        温度 T

                                        対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                        113

                                        数値モデル (24)

                                        境界条件

                                        -400 0 400

                                        200

                                        100

                                        -200

                                        -100

                                        周期境界 対称境界

                                        減衰領域

                                        x H0

                                        z H0

                                        114

                                        数値モデル (14)

                                        初期条件

                                        x H0

                                        -400 0 400

                                        z H0

                                        200

                                        100

                                        -200

                                        -100

                                        NZ=1920

                                        NX=1536

                                        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                        width D

                                        z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                        115

                                        減速の物理 (34)

                                        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                        116

                                        減速の物理 (34)

                                        磁束シート上のプラズマ

                                        シート上にプラズマが蓄積する

                                        磁束シートの浮上

                                        磁束シートが平らになる

                                        減速

                                        117

                                        光球付近における減速

                                        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                        磁場

                                        密度差

                                        磁場

                                        密度差密度差

                                        磁場

                                        118

                                        5 パラメータ研究

                                        119

                                        パラメータ研究 (111)

                                        磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                        総磁束量 Φ

                                        を変えた計算を行った

                                        総磁束量 Φ

                                        磁場強度 BX

                                        120

                                        パラメータ研究 (211)

                                        2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                        点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                        121

                                        パラメータ研究 (311)

                                        減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                        122

                                        パラメータ研究 (511)

                                        2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                        123

                                        パラメータ研究 (611)

                                        2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                        124

                                        パラメータ研究 (711)

                                        times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                        125

                                        パラメータ研究 (811)

                                        密度磁力線速度場126

                                        パラメータ研究 (911)

                                        対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                        EmagEkin lt 1

                                        127

                                        パラメータ研究 (1011)

                                        times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                        軸方向計算のまとめ

                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                        減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                        129

                                        断面方向計算のまとめ

                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                        減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                        130

                                        Resistive Emergence Model

                                        Pariat et al (2004) Model established through

                                        observations Isobe et al (2007)

                                        2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                        3D simulations131

                                        Preceding Studies(13)

                                        Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                        force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                        that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                        132

                                        Preceding Studies(23)

                                        Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                        persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                        133

                                        Preceding Studies(33)

                                        Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                        gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                        Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                        zzz pF BJg

                                        134

                                        Parameter Survey and Discussion (99)

                                        135

                                        Parameter Survey and Discussion (89)

                                        Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                        magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                         rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                         rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                         rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                        Moreno-Insertis et al (1995)

                                        136

                                        3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                        137

                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                        Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                        138

                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                        Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                        twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                        139

                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                        Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                        emerged

                                        q large direct emergence without a tongue

                                        q small two-step emergence with a tongue

                                        140

                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                        Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                        141

                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                        Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                        Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                        142

                                        Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                        Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                        Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                        Radius Rtube 5 25

                                        Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                        Initial depth ztube -10 -10

                                        Convection zone Unstable Neutrally stable

                                        Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                        Result Every q emerged q=01 failed

                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                        Miyagoshi et al Initial condition

                                        plasma β = P Pmag lt 1

                                        at the tube top Strong tubehellip

                                        143

                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                        Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                        on the initial twist q

                                        q large direct emergence

                                          Emag increases with q q small two-step emergence

                                          Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                        144

                                        dVB

                                        E corona

                                        2

                                        mag 8

                                        Setup and Results

                                        Conditions

                                        q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                        145

                                        Our case Murray et al (2006)

                                        Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                        Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                        Radius Rtube 25 25

                                        Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                        Initial depth ztube -10 -10

                                        Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                        Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                        Result qlt01 failed q=01 failed

                                        セットアップと計算結果

                                        結果 (x=0)

                                        146

                                        セットアップと計算結果

                                        結果 (y=0)

                                        147

                                        • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                        • 内容
                                        • 内容 (2)
                                        • 太陽活動と磁場
                                        • 活動領域と浮上磁場
                                        • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                        • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                        • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                        • 先行研究の概観
                                        • 浮上磁場研究の問題点課題
                                        • 本研究の目的
                                        • 内容 (3)
                                        • 2次元計算2つのモード
                                        • 内容 (4)
                                        • 2次元軸方向計算
                                        • Slide 16
                                        • 光球付近における減速
                                        • パラメータ研究
                                        • 内容 (5)
                                        • 25次元断面方向計算
                                        • Slide 21
                                        • パラメータ研究 (2)
                                        • 2次元計算のまとめ
                                        • 内容 (6)
                                        • 3次元浮上磁場計算
                                        • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                        • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                        • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                        • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                        • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                        • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                        • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                        • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                        • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                        • 内容 (7)
                                        • まとめ
                                        • 今後の課題
                                        • Fin
                                        • 1 Introduction
                                        • 2 Previous 2D Works
                                        • 3 3D Calculation
                                        • 4 Summary and Future Works
                                        • 4 What to Study in HAO
                                        • What to Study in HAO
                                        • 2-4 2D Parameter Study
                                        • Parameter Study
                                        • Parameter Study (2)
                                        • Parameter Study (3)
                                        • Parameter Study BX-Φ too strong
                                        • Parameter Study (4)
                                        • Parameter Survey
                                        • Parameter Survey (2)
                                        • Parameter Survey BX-Φ weak
                                        • Parameter Survey (3)
                                        • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                        • Parameter Study (5)
                                        • Parameter Study (6)
                                        • Parameter Study typical case
                                        • Slide 59
                                        • Parameter Study BX strong
                                        • Slide 61
                                        • Parameter Study BX weak
                                        • Slide 63
                                        • Parameter Study (7)
                                        • Parameter Study q weak
                                        • Slide 66
                                        • 3-1 Setup and Results
                                        • Setup
                                        • 3-2 Summary of 3D Work
                                        • Appendix
                                        • Active Regions and Emerging Flux
                                        • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                        • 2-1 2D calculations
                                        • Slide 74
                                        • Deceleration near the Surface
                                        • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                        • 2-3 Summary of 2D Works
                                        • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                        • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                        • Results qH0=015 (slow two-step)
                                        • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                        • Summary of 3D Work
                                        • Observation
                                        • Results qH0=005 (failed)
                                        • Results
                                        • Results (2)
                                        • Results (3)
                                        • Results (4)
                                        • Results (5)
                                        • Large-scale 3D calculation
                                        • Large-scale 3D calculation (2)
                                        • Large-scale 3D calculation (3)
                                        • Observation (2)
                                        • イントロダクション
                                        • 数値モデル
                                        • 議論とまとめ
                                        • 議論とまとめ (2)
                                        • 太陽と磁場
                                        • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                        • 磁気浮力とParker不安定性
                                        • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                        • 磁束浮上シミュレーション
                                        • 対流層内部における近似計算
                                        • 対流層内部における近似計算 (2)
                                        • 対流層内部における近似計算 (22)
                                        • 浮上磁場シミュレーション
                                        • 光球付近での減速機構
                                        • 本研究の目的 (12)
                                        • 本研究の目的 (22)
                                        • 本研究の目的 (4)
                                        • 数値モデル (2)
                                        • 数値モデル (22)
                                        • 数値モデル (23)
                                        • 数値モデル (24)
                                        • 数値モデル (14)
                                        • 減速の物理 (34)
                                        • 減速の物理 (34) (2)
                                        • 光球付近における減速 (2)
                                        • 5 パラメータ研究
                                        • パラメータ研究 (111)
                                        • パラメータ研究 (211)
                                        • パラメータ研究 (311)
                                        • パラメータ研究 (511)
                                        • パラメータ研究 (611)
                                        • パラメータ研究 (711)
                                        • パラメータ研究 (811)
                                        • パラメータ研究 (911)
                                        • パラメータ研究 (1011)
                                        • 軸方向計算のまとめ
                                        • 断面方向計算のまとめ
                                        • Resistive Emergence Model
                                        • Preceding Studies(13)
                                        • Preceding Studies(23)
                                        • Preceding Studies(33)
                                        • Parameter Survey and Discussion (99)
                                        • Parameter Survey and Discussion (89)
                                        • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                        • Introduction of Miyagoshi et al
                                        • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                        • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                        • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                        • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                        • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                        • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                        • Setup and Results
                                        • セットアップと計算結果
                                        • セットアップと計算結果 (2)

                                          21

                                          25 次元断面方向計算

                                          密度磁力線速度場

                                          パラメータ研究

                                          現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

                                          磁場強度 B = 15times104 G ねじれ強度 gt 50times10-4 km -1

                                          22

                                          +=

                                          2 次元計算のまとめ

                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上計算 光球付近で減速し水平に広がった構造を形成する B = 104 G Φ = 1021-1022 Mx ねじれ gt 50times10-4 km-1

                                          減速の物理 磁束上の流体は光球面を突破しづらいため下方の磁束を抑制する

                                          軸方向計算と断面方向計算断面方向の浮上が速い 断面計算では磁束上の流体が流れ落ちるため

                                          3 次元計算の困難さ グリッド数が膨大になる( N = 106 rarr 109 )

                                          23

                                          内容

                                          1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                          1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                          3 3次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                          24

                                          3 次元浮上磁場計算

                                          セットアップ 2 次元計算と同じ初期条件

                                          25-400 xH0 +400

                                          zH0

                                          +250

                                          -200 yH0-200

                                          +200

                                          LX = 160000 km

                                          LZ = 90000 km

                                          NX timesNYtimesNZ

                                          =512times256times1024=108 (非一様グリッド)

                                          LY = 80000 km

                                          3 次元浮上磁場計算

                                          磁場強度 log(BB0)

                                          26

                                          bullxlt0 ygt0 のみ表示bull表面付近で水平に広がった構造をとるbull上空に複数の磁気ドームを形成する

                                          3 次元浮上磁場計算

                                          磁束高度浮上速度の時間発展

                                          27

                                          3 次元浮上磁場計算

                                          光球面磁場 BZB0

                                          28

                                          Fan (2001)

                                          3 次元浮上磁場計算

                                          光球面磁場 BZB0 と磁力線

                                          29

                                          bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

                                          3 次元浮上磁場計算

                                          結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

                                          30

                                          3 次元浮上磁場計算

                                          議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

                                          された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

                                          される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

                                          ているようではない

                                          31

                                          Zwaan (1985)

                                          3 次元浮上磁場計算

                                          議論 光球面で「交換モード不安定」によ

                                          る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

                                          32Strous amp Zwaan (1999)

                                          3 次元浮上磁場計算

                                          議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

                                          が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

                                          33

                                          3 次元浮上磁場計算

                                          議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

                                          浮上するとフットポイントが移動する

                                          34

                                          Outer fields Inner fields

                                          内容

                                          1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                          1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                          3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                          35

                                          まとめ

                                          深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                                          磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                                          36

                                          観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                                          光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                                          今後の課題

                                          複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                                          黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                                          パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                                          輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                                          37

                                          FinThank you for your attention

                                          1 Introduction

                                          39

                                          2 Previous 2D Works

                                          40

                                          3 3D Calculation

                                          41

                                          4 Summary and Future Works

                                          42

                                          4 What to Study in HAO

                                          43

                                          What to Study in HAO

                                          Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                          Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                          Others Interaction between emerging flux and the convection

                                          44

                                          2-4 2D Parameter Study

                                          45

                                          Parameter Study

                                          Varying

                                          Field strength BX

                                          Total flux Φ

                                          to study the condition of the flux emergence

                                          Total flux Φ

                                          Field strength BX

                                          46

                                          Parameter Study

                                          two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                          dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                          47

                                          Parameter Study

                                          Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                          48

                                          Parameter Study BX-Φ too strong

                                          49

                                          Density field lines and velocity vectors

                                          Parameter Study

                                          Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                          50

                                          Parameter Survey

                                          Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                          51

                                          Parameter Survey

                                          times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                          52

                                          Parameter Survey BX-Φ weak

                                          53

                                          Density field lines and velocity vectors

                                          Parameter Survey

                                          times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                          54

                                          Parameter Survey BX-Φ weak

                                          55

                                          Density field lines and velocity vectors

                                          Parameter Study

                                          Varying

                                          Field strength BX

                                          Initial twist q

                                          to study the condition of the flux emergence

                                          Initial twist q

                                          Field strength BX

                                          56

                                          Parameter Study

                                          Varying axial field strength BX

                                          57

                                          Parameter Study typical case

                                          Varying axial field strength BX

                                          58

                                          59

                                          Density Field Lines and Velocity Vectors

                                          Parameter Study typical case

                                          Parameter Study BX strong

                                          Varying axial field strength BX

                                          60

                                          61

                                          Density Field Lines and Velocity Vectors

                                          Parameter Study BX strong

                                          Parameter Study BX weak

                                          Varying axial field strength BX

                                          62

                                          63

                                          Density Field Lines and Velocity Vectors

                                          Parameter Study BX weak

                                          Parameter Study

                                          Varying initial twist q

                                          64

                                          Parameter Study q weak

                                          Varying initial twist q

                                          65

                                          66

                                          Density Field Lines and Velocity Vectors

                                          Parameter Study q weak

                                          3-1 Setup and Results

                                          67

                                          Setup

                                          Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                          qH0=01 case rarr

                                          68

                                          rqrBrB x

                                          2

                                          tube

                                          2

                                          tube expR

                                          rBrBx

                                          3-2 Summary of 3D Work

                                          69

                                          Appendix

                                          70

                                          Active Regions and Emerging Flux

                                          71

                                          North Pole

                                          Equator

                                          Convection Zone

                                          Radiative Zone

                                          Core

                                          Zwaan (1985)

                                          Active Regions and Emerging Flux

                                          Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                          (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                          72

                                          North Pole

                                          Equator

                                          Convection Zone

                                          Radiative Zone

                                          Core

                                          2-1 2D calculations

                                          73

                                          Apex of the Emerging Loop

                                          Height Zapex

                                          Rise Velocity VZapex

                                          Surfacerarr

                                          74

                                          -20000 kmrarr

                                          Axial Calculation Results

                                          Magneticflux

                                          Accumulateddensity

                                          Magneticflux

                                          Accumulateddensity

                                          Accumulateddensity

                                          Magneticflux

                                          Deceleration near the Surface

                                          Accumulated density

                                          75

                                          0 t

                                          2-2 Cross-sectional Calculation

                                          76

                                          2-3 Summary of 2D Works

                                          77

                                          2-2 Smaller-scale 3D Works

                                          78

                                          Results qH0=040 (rapid two-step)

                                          79

                                          Results qH0=015 (slow two-step)

                                          80

                                          Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                          81

                                          Results qH0=015 (slow two-step)

                                          Logarithmic density

                                          Summary of 3D Work

                                          Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                          Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                          82

                                          Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                          decelerates and

                                          expands horizontally

                                          Otsuji et al (2010)83

                                          Observation

                                          Results qH0=005 (failed)

                                          84

                                          Results

                                          Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                          85

                                          q large

                                          q small

                                          Results

                                          Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                          86

                                          Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                          Results

                                          Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                          87

                                          Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                          Results

                                          Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                          q large obeys the initial

                                          q2 law because the tube

                                          keeps its coherency q small Emag increases

                                          because it takes more time

                                          to emerge to the corona

                                          and Emag is stored in the

                                          photospheric tongue 88

                                          dVB

                                          Ez

                                          0

                                          2

                                          mag 8

                                          Results

                                          Cross-section when

                                          the apex reaches zH0=40

                                          89

                                          Large-scale 3D calculation

                                          Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                          90

                                          Large-scale 3D calculation

                                          Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                          91

                                          Large-scale 3D calculation

                                          Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                          92

                                          Observation

                                          Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                          decelerates and

                                          expands horizontally

                                          Otsuji et al (2010)93

                                          イントロダクション

                                          ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                          考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                          (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                          94

                                          数値モデル

                                          初期磁束管 exp型分布

                                          ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                          磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                          磁束管の内部圧力を

                                            と表すこのとき force balance

                                           が保たれるよう

                                           とする

                                          rqrBrB x

                                          2

                                          tube

                                          2

                                          tube expR

                                          rBrBx

                                          r

                                          BBB

                                          dr

                                          d

                                          dr

                                          dp x

                                          48

                                          222

                                          exc

                                          222

                                          tube2exc 1

                                          28

                                          1xBr

                                          Rqp

                                          rpzpzyp excsi

                                          B

                                          x

                                          r

                                          B

                                          BX

                                          2πr

                                          95

                                          議論とまとめ

                                          結果の比較

                                          物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                          初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                          総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                          初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                          磁束管の半径 1000 km

                                          初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                          1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                          減速した深さ -10000 km -5000 km

                                          96

                                          断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                          議論とまとめ

                                          3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                          軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                          総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                          考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                          倍 )

                                          将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                          97

                                          1 G = 10-4 T = 105 nT

                                          太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                          太陽と磁場

                                          Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                          98

                                          活動領域と浮上磁場

                                          活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                          磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                          太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                          Zwaan (1985)

                                          Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                          99

                                          磁気浮力と Parker 不安定性

                                          磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                          る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                          Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                          内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                          外圧 Pe

                                          ggf ieb )(

                                          100

                                          活動領域と浮上磁場

                                          AR 10926

                                          101

                                          磁束浮上シミュレーション

                                          磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                          102

                                          対流層内部における近似計算

                                          ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                          た 細管近似

                                          対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                          物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                          Caligari et al (1995)

                                          103

                                          対流層内部における近似計算

                                          非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                          大きく上回る したがって音速を数値計算

                                          中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                          Fan (2001a)104

                                          対流層内部における近似計算 (22)

                                          しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                          細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                          したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                          105

                                          浮上磁場シミュレーション

                                          光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                          的にコロナへ浮上

                                          対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                          Shibata et al (1989) 106

                                          光球付近での減速機構

                                          光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                          Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                          Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                          Magara (2001)

                                          107

                                          本研究の目的 (12)

                                          上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                          しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                          対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                          しかし近似は対流層上部で破たんする

                                          したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                          108

                                          本研究の目的 (22)

                                          そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                          対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                          典型波長 ~ 数 10 万 km

                                          典型波長 ~ 数 1000 km109

                                          本研究の目的

                                          減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                          2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                          典型波長 ~ 数 10 万 km

                                          典型波長 ~ 数 1000 km110

                                          数値モデル

                                          初期条件

                                          xH-400 0 400

                                          zH

                                          200

                                          100

                                          -200

                                          -100

                                          NX timesNZ

                                          =1536times1920

                                          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                          磁束の厚さD = 1000 km

                                          磁束の深さ -20000 km

                                          光球 (等温 ) = 対流安定

                                          111

                                          LX = 16 万 km

                                          LZ = 8 万 km

                                          数値モデル (22)

                                          対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                          無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                          速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                          時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                          密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                          圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                          温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                          磁場強度 B0 = 300 G 112

                                          数値モデル (23)

                                          初期条件 (z 方向分布 )

                                          磁場BX

                                          密度ρ

                                          圧力 p

                                          温度 T

                                          対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                          113

                                          数値モデル (24)

                                          境界条件

                                          -400 0 400

                                          200

                                          100

                                          -200

                                          -100

                                          周期境界 対称境界

                                          減衰領域

                                          x H0

                                          z H0

                                          114

                                          数値モデル (14)

                                          初期条件

                                          x H0

                                          -400 0 400

                                          z H0

                                          200

                                          100

                                          -200

                                          -100

                                          NZ=1920

                                          NX=1536

                                          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                          width D

                                          z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                          115

                                          減速の物理 (34)

                                          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                          116

                                          減速の物理 (34)

                                          磁束シート上のプラズマ

                                          シート上にプラズマが蓄積する

                                          磁束シートの浮上

                                          磁束シートが平らになる

                                          減速

                                          117

                                          光球付近における減速

                                          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                          磁場

                                          密度差

                                          磁場

                                          密度差密度差

                                          磁場

                                          118

                                          5 パラメータ研究

                                          119

                                          パラメータ研究 (111)

                                          磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                          総磁束量 Φ

                                          を変えた計算を行った

                                          総磁束量 Φ

                                          磁場強度 BX

                                          120

                                          パラメータ研究 (211)

                                          2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                          点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                          121

                                          パラメータ研究 (311)

                                          減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                          122

                                          パラメータ研究 (511)

                                          2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                          123

                                          パラメータ研究 (611)

                                          2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                          124

                                          パラメータ研究 (711)

                                          times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                          125

                                          パラメータ研究 (811)

                                          密度磁力線速度場126

                                          パラメータ研究 (911)

                                          対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                          EmagEkin lt 1

                                          127

                                          パラメータ研究 (1011)

                                          times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                          軸方向計算のまとめ

                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                          減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                          129

                                          断面方向計算のまとめ

                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                          減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                          130

                                          Resistive Emergence Model

                                          Pariat et al (2004) Model established through

                                          observations Isobe et al (2007)

                                          2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                          3D simulations131

                                          Preceding Studies(13)

                                          Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                          force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                          that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                          132

                                          Preceding Studies(23)

                                          Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                          persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                          133

                                          Preceding Studies(33)

                                          Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                          gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                          Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                          zzz pF BJg

                                          134

                                          Parameter Survey and Discussion (99)

                                          135

                                          Parameter Survey and Discussion (89)

                                          Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                          magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                           rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                           rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                           rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                          Moreno-Insertis et al (1995)

                                          136

                                          3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                          137

                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                          Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                          138

                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                          Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                          twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                          139

                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                          Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                          emerged

                                          q large direct emergence without a tongue

                                          q small two-step emergence with a tongue

                                          140

                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                          Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                          141

                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                          Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                          Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                          142

                                          Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                          Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                          Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                          Radius Rtube 5 25

                                          Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                          Initial depth ztube -10 -10

                                          Convection zone Unstable Neutrally stable

                                          Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                          Result Every q emerged q=01 failed

                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                          Miyagoshi et al Initial condition

                                          plasma β = P Pmag lt 1

                                          at the tube top Strong tubehellip

                                          143

                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                          Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                          on the initial twist q

                                          q large direct emergence

                                            Emag increases with q q small two-step emergence

                                            Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                          144

                                          dVB

                                          E corona

                                          2

                                          mag 8

                                          Setup and Results

                                          Conditions

                                          q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                          145

                                          Our case Murray et al (2006)

                                          Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                          Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                          Radius Rtube 25 25

                                          Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                          Initial depth ztube -10 -10

                                          Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                          Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                          Result qlt01 failed q=01 failed

                                          セットアップと計算結果

                                          結果 (x=0)

                                          146

                                          セットアップと計算結果

                                          結果 (y=0)

                                          147

                                          • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                          • 内容
                                          • 内容 (2)
                                          • 太陽活動と磁場
                                          • 活動領域と浮上磁場
                                          • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                          • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                          • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                          • 先行研究の概観
                                          • 浮上磁場研究の問題点課題
                                          • 本研究の目的
                                          • 内容 (3)
                                          • 2次元計算2つのモード
                                          • 内容 (4)
                                          • 2次元軸方向計算
                                          • Slide 16
                                          • 光球付近における減速
                                          • パラメータ研究
                                          • 内容 (5)
                                          • 25次元断面方向計算
                                          • Slide 21
                                          • パラメータ研究 (2)
                                          • 2次元計算のまとめ
                                          • 内容 (6)
                                          • 3次元浮上磁場計算
                                          • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                          • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                          • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                          • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                          • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                          • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                          • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                          • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                          • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                          • 内容 (7)
                                          • まとめ
                                          • 今後の課題
                                          • Fin
                                          • 1 Introduction
                                          • 2 Previous 2D Works
                                          • 3 3D Calculation
                                          • 4 Summary and Future Works
                                          • 4 What to Study in HAO
                                          • What to Study in HAO
                                          • 2-4 2D Parameter Study
                                          • Parameter Study
                                          • Parameter Study (2)
                                          • Parameter Study (3)
                                          • Parameter Study BX-Φ too strong
                                          • Parameter Study (4)
                                          • Parameter Survey
                                          • Parameter Survey (2)
                                          • Parameter Survey BX-Φ weak
                                          • Parameter Survey (3)
                                          • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                          • Parameter Study (5)
                                          • Parameter Study (6)
                                          • Parameter Study typical case
                                          • Slide 59
                                          • Parameter Study BX strong
                                          • Slide 61
                                          • Parameter Study BX weak
                                          • Slide 63
                                          • Parameter Study (7)
                                          • Parameter Study q weak
                                          • Slide 66
                                          • 3-1 Setup and Results
                                          • Setup
                                          • 3-2 Summary of 3D Work
                                          • Appendix
                                          • Active Regions and Emerging Flux
                                          • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                          • 2-1 2D calculations
                                          • Slide 74
                                          • Deceleration near the Surface
                                          • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                          • 2-3 Summary of 2D Works
                                          • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                          • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                          • Results qH0=015 (slow two-step)
                                          • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                          • Summary of 3D Work
                                          • Observation
                                          • Results qH0=005 (failed)
                                          • Results
                                          • Results (2)
                                          • Results (3)
                                          • Results (4)
                                          • Results (5)
                                          • Large-scale 3D calculation
                                          • Large-scale 3D calculation (2)
                                          • Large-scale 3D calculation (3)
                                          • Observation (2)
                                          • イントロダクション
                                          • 数値モデル
                                          • 議論とまとめ
                                          • 議論とまとめ (2)
                                          • 太陽と磁場
                                          • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                          • 磁気浮力とParker不安定性
                                          • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                          • 磁束浮上シミュレーション
                                          • 対流層内部における近似計算
                                          • 対流層内部における近似計算 (2)
                                          • 対流層内部における近似計算 (22)
                                          • 浮上磁場シミュレーション
                                          • 光球付近での減速機構
                                          • 本研究の目的 (12)
                                          • 本研究の目的 (22)
                                          • 本研究の目的 (4)
                                          • 数値モデル (2)
                                          • 数値モデル (22)
                                          • 数値モデル (23)
                                          • 数値モデル (24)
                                          • 数値モデル (14)
                                          • 減速の物理 (34)
                                          • 減速の物理 (34) (2)
                                          • 光球付近における減速 (2)
                                          • 5 パラメータ研究
                                          • パラメータ研究 (111)
                                          • パラメータ研究 (211)
                                          • パラメータ研究 (311)
                                          • パラメータ研究 (511)
                                          • パラメータ研究 (611)
                                          • パラメータ研究 (711)
                                          • パラメータ研究 (811)
                                          • パラメータ研究 (911)
                                          • パラメータ研究 (1011)
                                          • 軸方向計算のまとめ
                                          • 断面方向計算のまとめ
                                          • Resistive Emergence Model
                                          • Preceding Studies(13)
                                          • Preceding Studies(23)
                                          • Preceding Studies(33)
                                          • Parameter Survey and Discussion (99)
                                          • Parameter Survey and Discussion (89)
                                          • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                          • Introduction of Miyagoshi et al
                                          • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                          • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                          • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                          • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                          • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                          • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                          • Setup and Results
                                          • セットアップと計算結果
                                          • セットアップと計算結果 (2)

                                            パラメータ研究

                                            現実的な活動領域を形成する磁束の条件 深さ 2 万 km において

                                            磁場強度 B = 15times104 G ねじれ強度 gt 50times10-4 km -1

                                            22

                                            +=

                                            2 次元計算のまとめ

                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上計算 光球付近で減速し水平に広がった構造を形成する B = 104 G Φ = 1021-1022 Mx ねじれ gt 50times10-4 km-1

                                            減速の物理 磁束上の流体は光球面を突破しづらいため下方の磁束を抑制する

                                            軸方向計算と断面方向計算断面方向の浮上が速い 断面計算では磁束上の流体が流れ落ちるため

                                            3 次元計算の困難さ グリッド数が膨大になる( N = 106 rarr 109 )

                                            23

                                            内容

                                            1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                            1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                            3 3次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                            24

                                            3 次元浮上磁場計算

                                            セットアップ 2 次元計算と同じ初期条件

                                            25-400 xH0 +400

                                            zH0

                                            +250

                                            -200 yH0-200

                                            +200

                                            LX = 160000 km

                                            LZ = 90000 km

                                            NX timesNYtimesNZ

                                            =512times256times1024=108 (非一様グリッド)

                                            LY = 80000 km

                                            3 次元浮上磁場計算

                                            磁場強度 log(BB0)

                                            26

                                            bullxlt0 ygt0 のみ表示bull表面付近で水平に広がった構造をとるbull上空に複数の磁気ドームを形成する

                                            3 次元浮上磁場計算

                                            磁束高度浮上速度の時間発展

                                            27

                                            3 次元浮上磁場計算

                                            光球面磁場 BZB0

                                            28

                                            Fan (2001)

                                            3 次元浮上磁場計算

                                            光球面磁場 BZB0 と磁力線

                                            29

                                            bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

                                            3 次元浮上磁場計算

                                            結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

                                            30

                                            3 次元浮上磁場計算

                                            議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

                                            された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

                                            される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

                                            ているようではない

                                            31

                                            Zwaan (1985)

                                            3 次元浮上磁場計算

                                            議論 光球面で「交換モード不安定」によ

                                            る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

                                            32Strous amp Zwaan (1999)

                                            3 次元浮上磁場計算

                                            議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

                                            が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

                                            33

                                            3 次元浮上磁場計算

                                            議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

                                            浮上するとフットポイントが移動する

                                            34

                                            Outer fields Inner fields

                                            内容

                                            1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                            1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                            3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                            35

                                            まとめ

                                            深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                                            磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                                            36

                                            観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                                            光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                                            今後の課題

                                            複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                                            黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                                            パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                                            輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                                            37

                                            FinThank you for your attention

                                            1 Introduction

                                            39

                                            2 Previous 2D Works

                                            40

                                            3 3D Calculation

                                            41

                                            4 Summary and Future Works

                                            42

                                            4 What to Study in HAO

                                            43

                                            What to Study in HAO

                                            Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                            Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                            Others Interaction between emerging flux and the convection

                                            44

                                            2-4 2D Parameter Study

                                            45

                                            Parameter Study

                                            Varying

                                            Field strength BX

                                            Total flux Φ

                                            to study the condition of the flux emergence

                                            Total flux Φ

                                            Field strength BX

                                            46

                                            Parameter Study

                                            two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                            dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                            47

                                            Parameter Study

                                            Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                            48

                                            Parameter Study BX-Φ too strong

                                            49

                                            Density field lines and velocity vectors

                                            Parameter Study

                                            Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                            50

                                            Parameter Survey

                                            Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                            51

                                            Parameter Survey

                                            times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                            52

                                            Parameter Survey BX-Φ weak

                                            53

                                            Density field lines and velocity vectors

                                            Parameter Survey

                                            times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                            54

                                            Parameter Survey BX-Φ weak

                                            55

                                            Density field lines and velocity vectors

                                            Parameter Study

                                            Varying

                                            Field strength BX

                                            Initial twist q

                                            to study the condition of the flux emergence

                                            Initial twist q

                                            Field strength BX

                                            56

                                            Parameter Study

                                            Varying axial field strength BX

                                            57

                                            Parameter Study typical case

                                            Varying axial field strength BX

                                            58

                                            59

                                            Density Field Lines and Velocity Vectors

                                            Parameter Study typical case

                                            Parameter Study BX strong

                                            Varying axial field strength BX

                                            60

                                            61

                                            Density Field Lines and Velocity Vectors

                                            Parameter Study BX strong

                                            Parameter Study BX weak

                                            Varying axial field strength BX

                                            62

                                            63

                                            Density Field Lines and Velocity Vectors

                                            Parameter Study BX weak

                                            Parameter Study

                                            Varying initial twist q

                                            64

                                            Parameter Study q weak

                                            Varying initial twist q

                                            65

                                            66

                                            Density Field Lines and Velocity Vectors

                                            Parameter Study q weak

                                            3-1 Setup and Results

                                            67

                                            Setup

                                            Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                            qH0=01 case rarr

                                            68

                                            rqrBrB x

                                            2

                                            tube

                                            2

                                            tube expR

                                            rBrBx

                                            3-2 Summary of 3D Work

                                            69

                                            Appendix

                                            70

                                            Active Regions and Emerging Flux

                                            71

                                            North Pole

                                            Equator

                                            Convection Zone

                                            Radiative Zone

                                            Core

                                            Zwaan (1985)

                                            Active Regions and Emerging Flux

                                            Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                            (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                            72

                                            North Pole

                                            Equator

                                            Convection Zone

                                            Radiative Zone

                                            Core

                                            2-1 2D calculations

                                            73

                                            Apex of the Emerging Loop

                                            Height Zapex

                                            Rise Velocity VZapex

                                            Surfacerarr

                                            74

                                            -20000 kmrarr

                                            Axial Calculation Results

                                            Magneticflux

                                            Accumulateddensity

                                            Magneticflux

                                            Accumulateddensity

                                            Accumulateddensity

                                            Magneticflux

                                            Deceleration near the Surface

                                            Accumulated density

                                            75

                                            0 t

                                            2-2 Cross-sectional Calculation

                                            76

                                            2-3 Summary of 2D Works

                                            77

                                            2-2 Smaller-scale 3D Works

                                            78

                                            Results qH0=040 (rapid two-step)

                                            79

                                            Results qH0=015 (slow two-step)

                                            80

                                            Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                            81

                                            Results qH0=015 (slow two-step)

                                            Logarithmic density

                                            Summary of 3D Work

                                            Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                            Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                            82

                                            Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                            decelerates and

                                            expands horizontally

                                            Otsuji et al (2010)83

                                            Observation

                                            Results qH0=005 (failed)

                                            84

                                            Results

                                            Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                            85

                                            q large

                                            q small

                                            Results

                                            Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                            86

                                            Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                            Results

                                            Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                            87

                                            Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                            Results

                                            Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                            q large obeys the initial

                                            q2 law because the tube

                                            keeps its coherency q small Emag increases

                                            because it takes more time

                                            to emerge to the corona

                                            and Emag is stored in the

                                            photospheric tongue 88

                                            dVB

                                            Ez

                                            0

                                            2

                                            mag 8

                                            Results

                                            Cross-section when

                                            the apex reaches zH0=40

                                            89

                                            Large-scale 3D calculation

                                            Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                            90

                                            Large-scale 3D calculation

                                            Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                            91

                                            Large-scale 3D calculation

                                            Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                            92

                                            Observation

                                            Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                            decelerates and

                                            expands horizontally

                                            Otsuji et al (2010)93

                                            イントロダクション

                                            ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                            考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                            (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                            94

                                            数値モデル

                                            初期磁束管 exp型分布

                                            ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                            磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                            磁束管の内部圧力を

                                              と表すこのとき force balance

                                             が保たれるよう

                                             とする

                                            rqrBrB x

                                            2

                                            tube

                                            2

                                            tube expR

                                            rBrBx

                                            r

                                            BBB

                                            dr

                                            d

                                            dr

                                            dp x

                                            48

                                            222

                                            exc

                                            222

                                            tube2exc 1

                                            28

                                            1xBr

                                            Rqp

                                            rpzpzyp excsi

                                            B

                                            x

                                            r

                                            B

                                            BX

                                            2πr

                                            95

                                            議論とまとめ

                                            結果の比較

                                            物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                            初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                            総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                            初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                            磁束管の半径 1000 km

                                            初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                            1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                            減速した深さ -10000 km -5000 km

                                            96

                                            断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                            議論とまとめ

                                            3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                            軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                            総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                            考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                            倍 )

                                            将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                            97

                                            1 G = 10-4 T = 105 nT

                                            太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                            太陽と磁場

                                            Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                            98

                                            活動領域と浮上磁場

                                            活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                            磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                            太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                            Zwaan (1985)

                                            Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                            99

                                            磁気浮力と Parker 不安定性

                                            磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                            る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                            Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                            内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                            外圧 Pe

                                            ggf ieb )(

                                            100

                                            活動領域と浮上磁場

                                            AR 10926

                                            101

                                            磁束浮上シミュレーション

                                            磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                            102

                                            対流層内部における近似計算

                                            ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                            た 細管近似

                                            対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                            物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                            Caligari et al (1995)

                                            103

                                            対流層内部における近似計算

                                            非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                            大きく上回る したがって音速を数値計算

                                            中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                            Fan (2001a)104

                                            対流層内部における近似計算 (22)

                                            しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                            細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                            したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                            105

                                            浮上磁場シミュレーション

                                            光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                            的にコロナへ浮上

                                            対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                            Shibata et al (1989) 106

                                            光球付近での減速機構

                                            光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                            Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                            Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                            Magara (2001)

                                            107

                                            本研究の目的 (12)

                                            上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                            しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                            対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                            しかし近似は対流層上部で破たんする

                                            したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                            108

                                            本研究の目的 (22)

                                            そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                            対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                            典型波長 ~ 数 10 万 km

                                            典型波長 ~ 数 1000 km109

                                            本研究の目的

                                            減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                            2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                            典型波長 ~ 数 10 万 km

                                            典型波長 ~ 数 1000 km110

                                            数値モデル

                                            初期条件

                                            xH-400 0 400

                                            zH

                                            200

                                            100

                                            -200

                                            -100

                                            NX timesNZ

                                            =1536times1920

                                            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                            磁束の厚さD = 1000 km

                                            磁束の深さ -20000 km

                                            光球 (等温 ) = 対流安定

                                            111

                                            LX = 16 万 km

                                            LZ = 8 万 km

                                            数値モデル (22)

                                            対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                            無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                            速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                            時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                            密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                            圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                            温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                            磁場強度 B0 = 300 G 112

                                            数値モデル (23)

                                            初期条件 (z 方向分布 )

                                            磁場BX

                                            密度ρ

                                            圧力 p

                                            温度 T

                                            対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                            113

                                            数値モデル (24)

                                            境界条件

                                            -400 0 400

                                            200

                                            100

                                            -200

                                            -100

                                            周期境界 対称境界

                                            減衰領域

                                            x H0

                                            z H0

                                            114

                                            数値モデル (14)

                                            初期条件

                                            x H0

                                            -400 0 400

                                            z H0

                                            200

                                            100

                                            -200

                                            -100

                                            NZ=1920

                                            NX=1536

                                            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                            width D

                                            z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                            115

                                            減速の物理 (34)

                                            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                            116

                                            減速の物理 (34)

                                            磁束シート上のプラズマ

                                            シート上にプラズマが蓄積する

                                            磁束シートの浮上

                                            磁束シートが平らになる

                                            減速

                                            117

                                            光球付近における減速

                                            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                            磁場

                                            密度差

                                            磁場

                                            密度差密度差

                                            磁場

                                            118

                                            5 パラメータ研究

                                            119

                                            パラメータ研究 (111)

                                            磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                            総磁束量 Φ

                                            を変えた計算を行った

                                            総磁束量 Φ

                                            磁場強度 BX

                                            120

                                            パラメータ研究 (211)

                                            2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                            点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                            121

                                            パラメータ研究 (311)

                                            減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                            122

                                            パラメータ研究 (511)

                                            2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                            123

                                            パラメータ研究 (611)

                                            2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                            124

                                            パラメータ研究 (711)

                                            times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                            125

                                            パラメータ研究 (811)

                                            密度磁力線速度場126

                                            パラメータ研究 (911)

                                            対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                            EmagEkin lt 1

                                            127

                                            パラメータ研究 (1011)

                                            times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                            軸方向計算のまとめ

                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                            減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                            129

                                            断面方向計算のまとめ

                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                            減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                            130

                                            Resistive Emergence Model

                                            Pariat et al (2004) Model established through

                                            observations Isobe et al (2007)

                                            2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                            3D simulations131

                                            Preceding Studies(13)

                                            Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                            force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                            that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                            132

                                            Preceding Studies(23)

                                            Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                            persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                            133

                                            Preceding Studies(33)

                                            Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                            gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                            Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                            zzz pF BJg

                                            134

                                            Parameter Survey and Discussion (99)

                                            135

                                            Parameter Survey and Discussion (89)

                                            Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                            magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                             rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                             rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                             rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                            Moreno-Insertis et al (1995)

                                            136

                                            3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                            137

                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                            Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                            138

                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                            Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                            twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                            139

                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                            Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                            emerged

                                            q large direct emergence without a tongue

                                            q small two-step emergence with a tongue

                                            140

                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                            Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                            141

                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                            Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                            Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                            142

                                            Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                            Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                            Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                            Radius Rtube 5 25

                                            Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                            Initial depth ztube -10 -10

                                            Convection zone Unstable Neutrally stable

                                            Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                            Result Every q emerged q=01 failed

                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                            Miyagoshi et al Initial condition

                                            plasma β = P Pmag lt 1

                                            at the tube top Strong tubehellip

                                            143

                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                            Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                            on the initial twist q

                                            q large direct emergence

                                              Emag increases with q q small two-step emergence

                                              Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                            144

                                            dVB

                                            E corona

                                            2

                                            mag 8

                                            Setup and Results

                                            Conditions

                                            q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                            145

                                            Our case Murray et al (2006)

                                            Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                            Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                            Radius Rtube 25 25

                                            Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                            Initial depth ztube -10 -10

                                            Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                            Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                            Result qlt01 failed q=01 failed

                                            セットアップと計算結果

                                            結果 (x=0)

                                            146

                                            セットアップと計算結果

                                            結果 (y=0)

                                            147

                                            • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                            • 内容
                                            • 内容 (2)
                                            • 太陽活動と磁場
                                            • 活動領域と浮上磁場
                                            • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                            • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                            • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                            • 先行研究の概観
                                            • 浮上磁場研究の問題点課題
                                            • 本研究の目的
                                            • 内容 (3)
                                            • 2次元計算2つのモード
                                            • 内容 (4)
                                            • 2次元軸方向計算
                                            • Slide 16
                                            • 光球付近における減速
                                            • パラメータ研究
                                            • 内容 (5)
                                            • 25次元断面方向計算
                                            • Slide 21
                                            • パラメータ研究 (2)
                                            • 2次元計算のまとめ
                                            • 内容 (6)
                                            • 3次元浮上磁場計算
                                            • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                            • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                            • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                            • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                            • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                            • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                            • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                            • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                            • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                            • 内容 (7)
                                            • まとめ
                                            • 今後の課題
                                            • Fin
                                            • 1 Introduction
                                            • 2 Previous 2D Works
                                            • 3 3D Calculation
                                            • 4 Summary and Future Works
                                            • 4 What to Study in HAO
                                            • What to Study in HAO
                                            • 2-4 2D Parameter Study
                                            • Parameter Study
                                            • Parameter Study (2)
                                            • Parameter Study (3)
                                            • Parameter Study BX-Φ too strong
                                            • Parameter Study (4)
                                            • Parameter Survey
                                            • Parameter Survey (2)
                                            • Parameter Survey BX-Φ weak
                                            • Parameter Survey (3)
                                            • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                            • Parameter Study (5)
                                            • Parameter Study (6)
                                            • Parameter Study typical case
                                            • Slide 59
                                            • Parameter Study BX strong
                                            • Slide 61
                                            • Parameter Study BX weak
                                            • Slide 63
                                            • Parameter Study (7)
                                            • Parameter Study q weak
                                            • Slide 66
                                            • 3-1 Setup and Results
                                            • Setup
                                            • 3-2 Summary of 3D Work
                                            • Appendix
                                            • Active Regions and Emerging Flux
                                            • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                            • 2-1 2D calculations
                                            • Slide 74
                                            • Deceleration near the Surface
                                            • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                            • 2-3 Summary of 2D Works
                                            • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                            • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                            • Results qH0=015 (slow two-step)
                                            • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                            • Summary of 3D Work
                                            • Observation
                                            • Results qH0=005 (failed)
                                            • Results
                                            • Results (2)
                                            • Results (3)
                                            • Results (4)
                                            • Results (5)
                                            • Large-scale 3D calculation
                                            • Large-scale 3D calculation (2)
                                            • Large-scale 3D calculation (3)
                                            • Observation (2)
                                            • イントロダクション
                                            • 数値モデル
                                            • 議論とまとめ
                                            • 議論とまとめ (2)
                                            • 太陽と磁場
                                            • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                            • 磁気浮力とParker不安定性
                                            • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                            • 磁束浮上シミュレーション
                                            • 対流層内部における近似計算
                                            • 対流層内部における近似計算 (2)
                                            • 対流層内部における近似計算 (22)
                                            • 浮上磁場シミュレーション
                                            • 光球付近での減速機構
                                            • 本研究の目的 (12)
                                            • 本研究の目的 (22)
                                            • 本研究の目的 (4)
                                            • 数値モデル (2)
                                            • 数値モデル (22)
                                            • 数値モデル (23)
                                            • 数値モデル (24)
                                            • 数値モデル (14)
                                            • 減速の物理 (34)
                                            • 減速の物理 (34) (2)
                                            • 光球付近における減速 (2)
                                            • 5 パラメータ研究
                                            • パラメータ研究 (111)
                                            • パラメータ研究 (211)
                                            • パラメータ研究 (311)
                                            • パラメータ研究 (511)
                                            • パラメータ研究 (611)
                                            • パラメータ研究 (711)
                                            • パラメータ研究 (811)
                                            • パラメータ研究 (911)
                                            • パラメータ研究 (1011)
                                            • 軸方向計算のまとめ
                                            • 断面方向計算のまとめ
                                            • Resistive Emergence Model
                                            • Preceding Studies(13)
                                            • Preceding Studies(23)
                                            • Preceding Studies(33)
                                            • Parameter Survey and Discussion (99)
                                            • Parameter Survey and Discussion (89)
                                            • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                            • Introduction of Miyagoshi et al
                                            • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                            • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                            • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                            • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                            • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                            • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                            • Setup and Results
                                            • セットアップと計算結果
                                            • セットアップと計算結果 (2)

                                              2 次元計算のまとめ

                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上計算 光球付近で減速し水平に広がった構造を形成する B = 104 G Φ = 1021-1022 Mx ねじれ gt 50times10-4 km-1

                                              減速の物理 磁束上の流体は光球面を突破しづらいため下方の磁束を抑制する

                                              軸方向計算と断面方向計算断面方向の浮上が速い 断面計算では磁束上の流体が流れ落ちるため

                                              3 次元計算の困難さ グリッド数が膨大になる( N = 106 rarr 109 )

                                              23

                                              内容

                                              1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                              1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                              3 3次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                              24

                                              3 次元浮上磁場計算

                                              セットアップ 2 次元計算と同じ初期条件

                                              25-400 xH0 +400

                                              zH0

                                              +250

                                              -200 yH0-200

                                              +200

                                              LX = 160000 km

                                              LZ = 90000 km

                                              NX timesNYtimesNZ

                                              =512times256times1024=108 (非一様グリッド)

                                              LY = 80000 km

                                              3 次元浮上磁場計算

                                              磁場強度 log(BB0)

                                              26

                                              bullxlt0 ygt0 のみ表示bull表面付近で水平に広がった構造をとるbull上空に複数の磁気ドームを形成する

                                              3 次元浮上磁場計算

                                              磁束高度浮上速度の時間発展

                                              27

                                              3 次元浮上磁場計算

                                              光球面磁場 BZB0

                                              28

                                              Fan (2001)

                                              3 次元浮上磁場計算

                                              光球面磁場 BZB0 と磁力線

                                              29

                                              bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

                                              3 次元浮上磁場計算

                                              結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

                                              30

                                              3 次元浮上磁場計算

                                              議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

                                              された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

                                              される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

                                              ているようではない

                                              31

                                              Zwaan (1985)

                                              3 次元浮上磁場計算

                                              議論 光球面で「交換モード不安定」によ

                                              る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

                                              32Strous amp Zwaan (1999)

                                              3 次元浮上磁場計算

                                              議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

                                              が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

                                              33

                                              3 次元浮上磁場計算

                                              議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

                                              浮上するとフットポイントが移動する

                                              34

                                              Outer fields Inner fields

                                              内容

                                              1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                              1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                              3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                              35

                                              まとめ

                                              深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                                              磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                                              36

                                              観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                                              光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                                              今後の課題

                                              複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                                              黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                                              パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                                              輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                                              37

                                              FinThank you for your attention

                                              1 Introduction

                                              39

                                              2 Previous 2D Works

                                              40

                                              3 3D Calculation

                                              41

                                              4 Summary and Future Works

                                              42

                                              4 What to Study in HAO

                                              43

                                              What to Study in HAO

                                              Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                              Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                              Others Interaction between emerging flux and the convection

                                              44

                                              2-4 2D Parameter Study

                                              45

                                              Parameter Study

                                              Varying

                                              Field strength BX

                                              Total flux Φ

                                              to study the condition of the flux emergence

                                              Total flux Φ

                                              Field strength BX

                                              46

                                              Parameter Study

                                              two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                              dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                              47

                                              Parameter Study

                                              Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                              48

                                              Parameter Study BX-Φ too strong

                                              49

                                              Density field lines and velocity vectors

                                              Parameter Study

                                              Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                              50

                                              Parameter Survey

                                              Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                              51

                                              Parameter Survey

                                              times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                              52

                                              Parameter Survey BX-Φ weak

                                              53

                                              Density field lines and velocity vectors

                                              Parameter Survey

                                              times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                              54

                                              Parameter Survey BX-Φ weak

                                              55

                                              Density field lines and velocity vectors

                                              Parameter Study

                                              Varying

                                              Field strength BX

                                              Initial twist q

                                              to study the condition of the flux emergence

                                              Initial twist q

                                              Field strength BX

                                              56

                                              Parameter Study

                                              Varying axial field strength BX

                                              57

                                              Parameter Study typical case

                                              Varying axial field strength BX

                                              58

                                              59

                                              Density Field Lines and Velocity Vectors

                                              Parameter Study typical case

                                              Parameter Study BX strong

                                              Varying axial field strength BX

                                              60

                                              61

                                              Density Field Lines and Velocity Vectors

                                              Parameter Study BX strong

                                              Parameter Study BX weak

                                              Varying axial field strength BX

                                              62

                                              63

                                              Density Field Lines and Velocity Vectors

                                              Parameter Study BX weak

                                              Parameter Study

                                              Varying initial twist q

                                              64

                                              Parameter Study q weak

                                              Varying initial twist q

                                              65

                                              66

                                              Density Field Lines and Velocity Vectors

                                              Parameter Study q weak

                                              3-1 Setup and Results

                                              67

                                              Setup

                                              Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                              qH0=01 case rarr

                                              68

                                              rqrBrB x

                                              2

                                              tube

                                              2

                                              tube expR

                                              rBrBx

                                              3-2 Summary of 3D Work

                                              69

                                              Appendix

                                              70

                                              Active Regions and Emerging Flux

                                              71

                                              North Pole

                                              Equator

                                              Convection Zone

                                              Radiative Zone

                                              Core

                                              Zwaan (1985)

                                              Active Regions and Emerging Flux

                                              Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                              (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                              72

                                              North Pole

                                              Equator

                                              Convection Zone

                                              Radiative Zone

                                              Core

                                              2-1 2D calculations

                                              73

                                              Apex of the Emerging Loop

                                              Height Zapex

                                              Rise Velocity VZapex

                                              Surfacerarr

                                              74

                                              -20000 kmrarr

                                              Axial Calculation Results

                                              Magneticflux

                                              Accumulateddensity

                                              Magneticflux

                                              Accumulateddensity

                                              Accumulateddensity

                                              Magneticflux

                                              Deceleration near the Surface

                                              Accumulated density

                                              75

                                              0 t

                                              2-2 Cross-sectional Calculation

                                              76

                                              2-3 Summary of 2D Works

                                              77

                                              2-2 Smaller-scale 3D Works

                                              78

                                              Results qH0=040 (rapid two-step)

                                              79

                                              Results qH0=015 (slow two-step)

                                              80

                                              Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                              81

                                              Results qH0=015 (slow two-step)

                                              Logarithmic density

                                              Summary of 3D Work

                                              Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                              Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                              82

                                              Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                              decelerates and

                                              expands horizontally

                                              Otsuji et al (2010)83

                                              Observation

                                              Results qH0=005 (failed)

                                              84

                                              Results

                                              Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                              85

                                              q large

                                              q small

                                              Results

                                              Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                              86

                                              Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                              Results

                                              Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                              87

                                              Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                              Results

                                              Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                              q large obeys the initial

                                              q2 law because the tube

                                              keeps its coherency q small Emag increases

                                              because it takes more time

                                              to emerge to the corona

                                              and Emag is stored in the

                                              photospheric tongue 88

                                              dVB

                                              Ez

                                              0

                                              2

                                              mag 8

                                              Results

                                              Cross-section when

                                              the apex reaches zH0=40

                                              89

                                              Large-scale 3D calculation

                                              Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                              90

                                              Large-scale 3D calculation

                                              Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                              91

                                              Large-scale 3D calculation

                                              Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                              92

                                              Observation

                                              Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                              decelerates and

                                              expands horizontally

                                              Otsuji et al (2010)93

                                              イントロダクション

                                              ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                              考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                              (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                              94

                                              数値モデル

                                              初期磁束管 exp型分布

                                              ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                              磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                              磁束管の内部圧力を

                                                と表すこのとき force balance

                                               が保たれるよう

                                               とする

                                              rqrBrB x

                                              2

                                              tube

                                              2

                                              tube expR

                                              rBrBx

                                              r

                                              BBB

                                              dr

                                              d

                                              dr

                                              dp x

                                              48

                                              222

                                              exc

                                              222

                                              tube2exc 1

                                              28

                                              1xBr

                                              Rqp

                                              rpzpzyp excsi

                                              B

                                              x

                                              r

                                              B

                                              BX

                                              2πr

                                              95

                                              議論とまとめ

                                              結果の比較

                                              物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                              初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                              総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                              初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                              磁束管の半径 1000 km

                                              初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                              1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                              減速した深さ -10000 km -5000 km

                                              96

                                              断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                              議論とまとめ

                                              3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                              軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                              総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                              考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                              倍 )

                                              将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                              97

                                              1 G = 10-4 T = 105 nT

                                              太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                              太陽と磁場

                                              Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                              98

                                              活動領域と浮上磁場

                                              活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                              磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                              太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                              Zwaan (1985)

                                              Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                              99

                                              磁気浮力と Parker 不安定性

                                              磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                              る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                              Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                              内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                              外圧 Pe

                                              ggf ieb )(

                                              100

                                              活動領域と浮上磁場

                                              AR 10926

                                              101

                                              磁束浮上シミュレーション

                                              磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                              102

                                              対流層内部における近似計算

                                              ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                              た 細管近似

                                              対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                              物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                              Caligari et al (1995)

                                              103

                                              対流層内部における近似計算

                                              非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                              大きく上回る したがって音速を数値計算

                                              中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                              Fan (2001a)104

                                              対流層内部における近似計算 (22)

                                              しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                              細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                              したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                              105

                                              浮上磁場シミュレーション

                                              光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                              的にコロナへ浮上

                                              対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                              Shibata et al (1989) 106

                                              光球付近での減速機構

                                              光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                              Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                              Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                              Magara (2001)

                                              107

                                              本研究の目的 (12)

                                              上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                              しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                              対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                              しかし近似は対流層上部で破たんする

                                              したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                              108

                                              本研究の目的 (22)

                                              そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                              対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                              典型波長 ~ 数 10 万 km

                                              典型波長 ~ 数 1000 km109

                                              本研究の目的

                                              減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                              2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                              典型波長 ~ 数 10 万 km

                                              典型波長 ~ 数 1000 km110

                                              数値モデル

                                              初期条件

                                              xH-400 0 400

                                              zH

                                              200

                                              100

                                              -200

                                              -100

                                              NX timesNZ

                                              =1536times1920

                                              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                              磁束の厚さD = 1000 km

                                              磁束の深さ -20000 km

                                              光球 (等温 ) = 対流安定

                                              111

                                              LX = 16 万 km

                                              LZ = 8 万 km

                                              数値モデル (22)

                                              対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                              無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                              速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                              時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                              密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                              圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                              温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                              磁場強度 B0 = 300 G 112

                                              数値モデル (23)

                                              初期条件 (z 方向分布 )

                                              磁場BX

                                              密度ρ

                                              圧力 p

                                              温度 T

                                              対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                              113

                                              数値モデル (24)

                                              境界条件

                                              -400 0 400

                                              200

                                              100

                                              -200

                                              -100

                                              周期境界 対称境界

                                              減衰領域

                                              x H0

                                              z H0

                                              114

                                              数値モデル (14)

                                              初期条件

                                              x H0

                                              -400 0 400

                                              z H0

                                              200

                                              100

                                              -200

                                              -100

                                              NZ=1920

                                              NX=1536

                                              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                              width D

                                              z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                              115

                                              減速の物理 (34)

                                              磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                              116

                                              減速の物理 (34)

                                              磁束シート上のプラズマ

                                              シート上にプラズマが蓄積する

                                              磁束シートの浮上

                                              磁束シートが平らになる

                                              減速

                                              117

                                              光球付近における減速

                                              磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                              磁場

                                              密度差

                                              磁場

                                              密度差密度差

                                              磁場

                                              118

                                              5 パラメータ研究

                                              119

                                              パラメータ研究 (111)

                                              磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                              総磁束量 Φ

                                              を変えた計算を行った

                                              総磁束量 Φ

                                              磁場強度 BX

                                              120

                                              パラメータ研究 (211)

                                              2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                              点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                              121

                                              パラメータ研究 (311)

                                              減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                              122

                                              パラメータ研究 (511)

                                              2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                              123

                                              パラメータ研究 (611)

                                              2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                              124

                                              パラメータ研究 (711)

                                              times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                              125

                                              パラメータ研究 (811)

                                              密度磁力線速度場126

                                              パラメータ研究 (911)

                                              対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                              EmagEkin lt 1

                                              127

                                              パラメータ研究 (1011)

                                              times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                              軸方向計算のまとめ

                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                              減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                              129

                                              断面方向計算のまとめ

                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                              減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                              130

                                              Resistive Emergence Model

                                              Pariat et al (2004) Model established through

                                              observations Isobe et al (2007)

                                              2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                              3D simulations131

                                              Preceding Studies(13)

                                              Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                              force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                              that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                              132

                                              Preceding Studies(23)

                                              Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                              persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                              133

                                              Preceding Studies(33)

                                              Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                              gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                              Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                              zzz pF BJg

                                              134

                                              Parameter Survey and Discussion (99)

                                              135

                                              Parameter Survey and Discussion (89)

                                              Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                              magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                               rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                               rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                               rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                              Moreno-Insertis et al (1995)

                                              136

                                              3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                              137

                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                              Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                              138

                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                              Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                              twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                              139

                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                              Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                              emerged

                                              q large direct emergence without a tongue

                                              q small two-step emergence with a tongue

                                              140

                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                              Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                              141

                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                              Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                              Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                              142

                                              Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                              Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                              Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                              Radius Rtube 5 25

                                              Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                              Initial depth ztube -10 -10

                                              Convection zone Unstable Neutrally stable

                                              Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                              Result Every q emerged q=01 failed

                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                              Miyagoshi et al Initial condition

                                              plasma β = P Pmag lt 1

                                              at the tube top Strong tubehellip

                                              143

                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                              Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                              on the initial twist q

                                              q large direct emergence

                                                Emag increases with q q small two-step emergence

                                                Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                              144

                                              dVB

                                              E corona

                                              2

                                              mag 8

                                              Setup and Results

                                              Conditions

                                              q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                              145

                                              Our case Murray et al (2006)

                                              Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                              Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                              Radius Rtube 25 25

                                              Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                              Initial depth ztube -10 -10

                                              Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                              Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                              Result qlt01 failed q=01 failed

                                              セットアップと計算結果

                                              結果 (x=0)

                                              146

                                              セットアップと計算結果

                                              結果 (y=0)

                                              147

                                              • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                              • 内容
                                              • 内容 (2)
                                              • 太陽活動と磁場
                                              • 活動領域と浮上磁場
                                              • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                              • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                              • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                              • 先行研究の概観
                                              • 浮上磁場研究の問題点課題
                                              • 本研究の目的
                                              • 内容 (3)
                                              • 2次元計算2つのモード
                                              • 内容 (4)
                                              • 2次元軸方向計算
                                              • Slide 16
                                              • 光球付近における減速
                                              • パラメータ研究
                                              • 内容 (5)
                                              • 25次元断面方向計算
                                              • Slide 21
                                              • パラメータ研究 (2)
                                              • 2次元計算のまとめ
                                              • 内容 (6)
                                              • 3次元浮上磁場計算
                                              • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                              • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                              • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                              • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                              • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                              • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                              • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                              • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                              • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                              • 内容 (7)
                                              • まとめ
                                              • 今後の課題
                                              • Fin
                                              • 1 Introduction
                                              • 2 Previous 2D Works
                                              • 3 3D Calculation
                                              • 4 Summary and Future Works
                                              • 4 What to Study in HAO
                                              • What to Study in HAO
                                              • 2-4 2D Parameter Study
                                              • Parameter Study
                                              • Parameter Study (2)
                                              • Parameter Study (3)
                                              • Parameter Study BX-Φ too strong
                                              • Parameter Study (4)
                                              • Parameter Survey
                                              • Parameter Survey (2)
                                              • Parameter Survey BX-Φ weak
                                              • Parameter Survey (3)
                                              • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                              • Parameter Study (5)
                                              • Parameter Study (6)
                                              • Parameter Study typical case
                                              • Slide 59
                                              • Parameter Study BX strong
                                              • Slide 61
                                              • Parameter Study BX weak
                                              • Slide 63
                                              • Parameter Study (7)
                                              • Parameter Study q weak
                                              • Slide 66
                                              • 3-1 Setup and Results
                                              • Setup
                                              • 3-2 Summary of 3D Work
                                              • Appendix
                                              • Active Regions and Emerging Flux
                                              • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                              • 2-1 2D calculations
                                              • Slide 74
                                              • Deceleration near the Surface
                                              • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                              • 2-3 Summary of 2D Works
                                              • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                              • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                              • Results qH0=015 (slow two-step)
                                              • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                              • Summary of 3D Work
                                              • Observation
                                              • Results qH0=005 (failed)
                                              • Results
                                              • Results (2)
                                              • Results (3)
                                              • Results (4)
                                              • Results (5)
                                              • Large-scale 3D calculation
                                              • Large-scale 3D calculation (2)
                                              • Large-scale 3D calculation (3)
                                              • Observation (2)
                                              • イントロダクション
                                              • 数値モデル
                                              • 議論とまとめ
                                              • 議論とまとめ (2)
                                              • 太陽と磁場
                                              • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                              • 磁気浮力とParker不安定性
                                              • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                              • 磁束浮上シミュレーション
                                              • 対流層内部における近似計算
                                              • 対流層内部における近似計算 (2)
                                              • 対流層内部における近似計算 (22)
                                              • 浮上磁場シミュレーション
                                              • 光球付近での減速機構
                                              • 本研究の目的 (12)
                                              • 本研究の目的 (22)
                                              • 本研究の目的 (4)
                                              • 数値モデル (2)
                                              • 数値モデル (22)
                                              • 数値モデル (23)
                                              • 数値モデル (24)
                                              • 数値モデル (14)
                                              • 減速の物理 (34)
                                              • 減速の物理 (34) (2)
                                              • 光球付近における減速 (2)
                                              • 5 パラメータ研究
                                              • パラメータ研究 (111)
                                              • パラメータ研究 (211)
                                              • パラメータ研究 (311)
                                              • パラメータ研究 (511)
                                              • パラメータ研究 (611)
                                              • パラメータ研究 (711)
                                              • パラメータ研究 (811)
                                              • パラメータ研究 (911)
                                              • パラメータ研究 (1011)
                                              • 軸方向計算のまとめ
                                              • 断面方向計算のまとめ
                                              • Resistive Emergence Model
                                              • Preceding Studies(13)
                                              • Preceding Studies(23)
                                              • Preceding Studies(33)
                                              • Parameter Survey and Discussion (99)
                                              • Parameter Survey and Discussion (89)
                                              • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                              • Introduction of Miyagoshi et al
                                              • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                              • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                              • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                              • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                              • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                              • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                              • Setup and Results
                                              • セットアップと計算結果
                                              • セットアップと計算結果 (2)

                                                内容

                                                1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                                1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                                3 3次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                                24

                                                3 次元浮上磁場計算

                                                セットアップ 2 次元計算と同じ初期条件

                                                25-400 xH0 +400

                                                zH0

                                                +250

                                                -200 yH0-200

                                                +200

                                                LX = 160000 km

                                                LZ = 90000 km

                                                NX timesNYtimesNZ

                                                =512times256times1024=108 (非一様グリッド)

                                                LY = 80000 km

                                                3 次元浮上磁場計算

                                                磁場強度 log(BB0)

                                                26

                                                bullxlt0 ygt0 のみ表示bull表面付近で水平に広がった構造をとるbull上空に複数の磁気ドームを形成する

                                                3 次元浮上磁場計算

                                                磁束高度浮上速度の時間発展

                                                27

                                                3 次元浮上磁場計算

                                                光球面磁場 BZB0

                                                28

                                                Fan (2001)

                                                3 次元浮上磁場計算

                                                光球面磁場 BZB0 と磁力線

                                                29

                                                bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

                                                3 次元浮上磁場計算

                                                結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

                                                30

                                                3 次元浮上磁場計算

                                                議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

                                                された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

                                                される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

                                                ているようではない

                                                31

                                                Zwaan (1985)

                                                3 次元浮上磁場計算

                                                議論 光球面で「交換モード不安定」によ

                                                る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

                                                32Strous amp Zwaan (1999)

                                                3 次元浮上磁場計算

                                                議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

                                                が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

                                                33

                                                3 次元浮上磁場計算

                                                議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

                                                浮上するとフットポイントが移動する

                                                34

                                                Outer fields Inner fields

                                                内容

                                                1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                                1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                                3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                                35

                                                まとめ

                                                深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                                                磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                                                36

                                                観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                                                光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                                                今後の課題

                                                複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                                                黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                                                パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                                                輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                                                37

                                                FinThank you for your attention

                                                1 Introduction

                                                39

                                                2 Previous 2D Works

                                                40

                                                3 3D Calculation

                                                41

                                                4 Summary and Future Works

                                                42

                                                4 What to Study in HAO

                                                43

                                                What to Study in HAO

                                                Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                                Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                                Others Interaction between emerging flux and the convection

                                                44

                                                2-4 2D Parameter Study

                                                45

                                                Parameter Study

                                                Varying

                                                Field strength BX

                                                Total flux Φ

                                                to study the condition of the flux emergence

                                                Total flux Φ

                                                Field strength BX

                                                46

                                                Parameter Study

                                                two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                                dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                47

                                                Parameter Study

                                                Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                                48

                                                Parameter Study BX-Φ too strong

                                                49

                                                Density field lines and velocity vectors

                                                Parameter Study

                                                Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                                50

                                                Parameter Survey

                                                Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                                51

                                                Parameter Survey

                                                times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                52

                                                Parameter Survey BX-Φ weak

                                                53

                                                Density field lines and velocity vectors

                                                Parameter Survey

                                                times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                54

                                                Parameter Survey BX-Φ weak

                                                55

                                                Density field lines and velocity vectors

                                                Parameter Study

                                                Varying

                                                Field strength BX

                                                Initial twist q

                                                to study the condition of the flux emergence

                                                Initial twist q

                                                Field strength BX

                                                56

                                                Parameter Study

                                                Varying axial field strength BX

                                                57

                                                Parameter Study typical case

                                                Varying axial field strength BX

                                                58

                                                59

                                                Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                Parameter Study typical case

                                                Parameter Study BX strong

                                                Varying axial field strength BX

                                                60

                                                61

                                                Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                Parameter Study BX strong

                                                Parameter Study BX weak

                                                Varying axial field strength BX

                                                62

                                                63

                                                Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                Parameter Study BX weak

                                                Parameter Study

                                                Varying initial twist q

                                                64

                                                Parameter Study q weak

                                                Varying initial twist q

                                                65

                                                66

                                                Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                Parameter Study q weak

                                                3-1 Setup and Results

                                                67

                                                Setup

                                                Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                qH0=01 case rarr

                                                68

                                                rqrBrB x

                                                2

                                                tube

                                                2

                                                tube expR

                                                rBrBx

                                                3-2 Summary of 3D Work

                                                69

                                                Appendix

                                                70

                                                Active Regions and Emerging Flux

                                                71

                                                North Pole

                                                Equator

                                                Convection Zone

                                                Radiative Zone

                                                Core

                                                Zwaan (1985)

                                                Active Regions and Emerging Flux

                                                Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                72

                                                North Pole

                                                Equator

                                                Convection Zone

                                                Radiative Zone

                                                Core

                                                2-1 2D calculations

                                                73

                                                Apex of the Emerging Loop

                                                Height Zapex

                                                Rise Velocity VZapex

                                                Surfacerarr

                                                74

                                                -20000 kmrarr

                                                Axial Calculation Results

                                                Magneticflux

                                                Accumulateddensity

                                                Magneticflux

                                                Accumulateddensity

                                                Accumulateddensity

                                                Magneticflux

                                                Deceleration near the Surface

                                                Accumulated density

                                                75

                                                0 t

                                                2-2 Cross-sectional Calculation

                                                76

                                                2-3 Summary of 2D Works

                                                77

                                                2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                78

                                                Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                79

                                                Results qH0=015 (slow two-step)

                                                80

                                                Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                81

                                                Results qH0=015 (slow two-step)

                                                Logarithmic density

                                                Summary of 3D Work

                                                Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                82

                                                Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                decelerates and

                                                expands horizontally

                                                Otsuji et al (2010)83

                                                Observation

                                                Results qH0=005 (failed)

                                                84

                                                Results

                                                Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                85

                                                q large

                                                q small

                                                Results

                                                Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                86

                                                Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                Results

                                                Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                87

                                                Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                Results

                                                Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                q large obeys the initial

                                                q2 law because the tube

                                                keeps its coherency q small Emag increases

                                                because it takes more time

                                                to emerge to the corona

                                                and Emag is stored in the

                                                photospheric tongue 88

                                                dVB

                                                Ez

                                                0

                                                2

                                                mag 8

                                                Results

                                                Cross-section when

                                                the apex reaches zH0=40

                                                89

                                                Large-scale 3D calculation

                                                Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                90

                                                Large-scale 3D calculation

                                                Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                91

                                                Large-scale 3D calculation

                                                Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                92

                                                Observation

                                                Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                decelerates and

                                                expands horizontally

                                                Otsuji et al (2010)93

                                                イントロダクション

                                                ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                94

                                                数値モデル

                                                初期磁束管 exp型分布

                                                ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                磁束管の内部圧力を

                                                  と表すこのとき force balance

                                                 が保たれるよう

                                                 とする

                                                rqrBrB x

                                                2

                                                tube

                                                2

                                                tube expR

                                                rBrBx

                                                r

                                                BBB

                                                dr

                                                d

                                                dr

                                                dp x

                                                48

                                                222

                                                exc

                                                222

                                                tube2exc 1

                                                28

                                                1xBr

                                                Rqp

                                                rpzpzyp excsi

                                                B

                                                x

                                                r

                                                B

                                                BX

                                                2πr

                                                95

                                                議論とまとめ

                                                結果の比較

                                                物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                磁束管の半径 1000 km

                                                初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                96

                                                断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                議論とまとめ

                                                3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                倍 )

                                                将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                97

                                                1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                太陽と磁場

                                                Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                98

                                                活動領域と浮上磁場

                                                活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                Zwaan (1985)

                                                Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                99

                                                磁気浮力と Parker 不安定性

                                                磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                外圧 Pe

                                                ggf ieb )(

                                                100

                                                活動領域と浮上磁場

                                                AR 10926

                                                101

                                                磁束浮上シミュレーション

                                                磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                102

                                                対流層内部における近似計算

                                                ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                た 細管近似

                                                対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                Caligari et al (1995)

                                                103

                                                対流層内部における近似計算

                                                非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                Fan (2001a)104

                                                対流層内部における近似計算 (22)

                                                しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                105

                                                浮上磁場シミュレーション

                                                光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                的にコロナへ浮上

                                                対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                Shibata et al (1989) 106

                                                光球付近での減速機構

                                                光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                Magara (2001)

                                                107

                                                本研究の目的 (12)

                                                上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                108

                                                本研究の目的 (22)

                                                そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                本研究の目的

                                                減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                数値モデル

                                                初期条件

                                                xH-400 0 400

                                                zH

                                                200

                                                100

                                                -200

                                                -100

                                                NX timesNZ

                                                =1536times1920

                                                BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                磁束の厚さD = 1000 km

                                                磁束の深さ -20000 km

                                                光球 (等温 ) = 対流安定

                                                111

                                                LX = 16 万 km

                                                LZ = 8 万 km

                                                数値モデル (22)

                                                対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                数値モデル (23)

                                                初期条件 (z 方向分布 )

                                                磁場BX

                                                密度ρ

                                                圧力 p

                                                温度 T

                                                対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                113

                                                数値モデル (24)

                                                境界条件

                                                -400 0 400

                                                200

                                                100

                                                -200

                                                -100

                                                周期境界 対称境界

                                                減衰領域

                                                x H0

                                                z H0

                                                114

                                                数値モデル (14)

                                                初期条件

                                                x H0

                                                -400 0 400

                                                z H0

                                                200

                                                100

                                                -200

                                                -100

                                                NZ=1920

                                                NX=1536

                                                BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                width D

                                                z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                115

                                                減速の物理 (34)

                                                磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                116

                                                減速の物理 (34)

                                                磁束シート上のプラズマ

                                                シート上にプラズマが蓄積する

                                                磁束シートの浮上

                                                磁束シートが平らになる

                                                減速

                                                117

                                                光球付近における減速

                                                磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                磁場

                                                密度差

                                                磁場

                                                密度差密度差

                                                磁場

                                                118

                                                5 パラメータ研究

                                                119

                                                パラメータ研究 (111)

                                                磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                総磁束量 Φ

                                                を変えた計算を行った

                                                総磁束量 Φ

                                                磁場強度 BX

                                                120

                                                パラメータ研究 (211)

                                                2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                121

                                                パラメータ研究 (311)

                                                減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                122

                                                パラメータ研究 (511)

                                                2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                123

                                                パラメータ研究 (611)

                                                2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                124

                                                パラメータ研究 (711)

                                                times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                125

                                                パラメータ研究 (811)

                                                密度磁力線速度場126

                                                パラメータ研究 (911)

                                                対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                EmagEkin lt 1

                                                127

                                                パラメータ研究 (1011)

                                                times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                軸方向計算のまとめ

                                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                129

                                                断面方向計算のまとめ

                                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                130

                                                Resistive Emergence Model

                                                Pariat et al (2004) Model established through

                                                observations Isobe et al (2007)

                                                2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                3D simulations131

                                                Preceding Studies(13)

                                                Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                132

                                                Preceding Studies(23)

                                                Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                133

                                                Preceding Studies(33)

                                                Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                zzz pF BJg

                                                134

                                                Parameter Survey and Discussion (99)

                                                135

                                                Parameter Survey and Discussion (89)

                                                Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                 rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                 rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                 rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                Moreno-Insertis et al (1995)

                                                136

                                                3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                137

                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                138

                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                139

                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                emerged

                                                q large direct emergence without a tongue

                                                q small two-step emergence with a tongue

                                                140

                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                141

                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                142

                                                Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                Radius Rtube 5 25

                                                Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                Result Every q emerged q=01 failed

                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                Miyagoshi et al Initial condition

                                                plasma β = P Pmag lt 1

                                                at the tube top Strong tubehellip

                                                143

                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                on the initial twist q

                                                q large direct emergence

                                                  Emag increases with q q small two-step emergence

                                                  Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                144

                                                dVB

                                                E corona

                                                2

                                                mag 8

                                                Setup and Results

                                                Conditions

                                                q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                145

                                                Our case Murray et al (2006)

                                                Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                Radius Rtube 25 25

                                                Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                Result qlt01 failed q=01 failed

                                                セットアップと計算結果

                                                結果 (x=0)

                                                146

                                                セットアップと計算結果

                                                結果 (y=0)

                                                147

                                                • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                • 内容
                                                • 内容 (2)
                                                • 太陽活動と磁場
                                                • 活動領域と浮上磁場
                                                • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                • 先行研究の概観
                                                • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                • 本研究の目的
                                                • 内容 (3)
                                                • 2次元計算2つのモード
                                                • 内容 (4)
                                                • 2次元軸方向計算
                                                • Slide 16
                                                • 光球付近における減速
                                                • パラメータ研究
                                                • 内容 (5)
                                                • 25次元断面方向計算
                                                • Slide 21
                                                • パラメータ研究 (2)
                                                • 2次元計算のまとめ
                                                • 内容 (6)
                                                • 3次元浮上磁場計算
                                                • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                • 内容 (7)
                                                • まとめ
                                                • 今後の課題
                                                • Fin
                                                • 1 Introduction
                                                • 2 Previous 2D Works
                                                • 3 3D Calculation
                                                • 4 Summary and Future Works
                                                • 4 What to Study in HAO
                                                • What to Study in HAO
                                                • 2-4 2D Parameter Study
                                                • Parameter Study
                                                • Parameter Study (2)
                                                • Parameter Study (3)
                                                • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                • Parameter Study (4)
                                                • Parameter Survey
                                                • Parameter Survey (2)
                                                • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                • Parameter Survey (3)
                                                • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                • Parameter Study (5)
                                                • Parameter Study (6)
                                                • Parameter Study typical case
                                                • Slide 59
                                                • Parameter Study BX strong
                                                • Slide 61
                                                • Parameter Study BX weak
                                                • Slide 63
                                                • Parameter Study (7)
                                                • Parameter Study q weak
                                                • Slide 66
                                                • 3-1 Setup and Results
                                                • Setup
                                                • 3-2 Summary of 3D Work
                                                • Appendix
                                                • Active Regions and Emerging Flux
                                                • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                • 2-1 2D calculations
                                                • Slide 74
                                                • Deceleration near the Surface
                                                • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                • 2-3 Summary of 2D Works
                                                • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                • Summary of 3D Work
                                                • Observation
                                                • Results qH0=005 (failed)
                                                • Results
                                                • Results (2)
                                                • Results (3)
                                                • Results (4)
                                                • Results (5)
                                                • Large-scale 3D calculation
                                                • Large-scale 3D calculation (2)
                                                • Large-scale 3D calculation (3)
                                                • Observation (2)
                                                • イントロダクション
                                                • 数値モデル
                                                • 議論とまとめ
                                                • 議論とまとめ (2)
                                                • 太陽と磁場
                                                • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                • 磁気浮力とParker不安定性
                                                • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                • 磁束浮上シミュレーション
                                                • 対流層内部における近似計算
                                                • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                • 浮上磁場シミュレーション
                                                • 光球付近での減速機構
                                                • 本研究の目的 (12)
                                                • 本研究の目的 (22)
                                                • 本研究の目的 (4)
                                                • 数値モデル (2)
                                                • 数値モデル (22)
                                                • 数値モデル (23)
                                                • 数値モデル (24)
                                                • 数値モデル (14)
                                                • 減速の物理 (34)
                                                • 減速の物理 (34) (2)
                                                • 光球付近における減速 (2)
                                                • 5 パラメータ研究
                                                • パラメータ研究 (111)
                                                • パラメータ研究 (211)
                                                • パラメータ研究 (311)
                                                • パラメータ研究 (511)
                                                • パラメータ研究 (611)
                                                • パラメータ研究 (711)
                                                • パラメータ研究 (811)
                                                • パラメータ研究 (911)
                                                • パラメータ研究 (1011)
                                                • 軸方向計算のまとめ
                                                • 断面方向計算のまとめ
                                                • Resistive Emergence Model
                                                • Preceding Studies(13)
                                                • Preceding Studies(23)
                                                • Preceding Studies(33)
                                                • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                • Introduction of Miyagoshi et al
                                                • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                • Setup and Results
                                                • セットアップと計算結果
                                                • セットアップと計算結果 (2)

                                                  3 次元浮上磁場計算

                                                  セットアップ 2 次元計算と同じ初期条件

                                                  25-400 xH0 +400

                                                  zH0

                                                  +250

                                                  -200 yH0-200

                                                  +200

                                                  LX = 160000 km

                                                  LZ = 90000 km

                                                  NX timesNYtimesNZ

                                                  =512times256times1024=108 (非一様グリッド)

                                                  LY = 80000 km

                                                  3 次元浮上磁場計算

                                                  磁場強度 log(BB0)

                                                  26

                                                  bullxlt0 ygt0 のみ表示bull表面付近で水平に広がった構造をとるbull上空に複数の磁気ドームを形成する

                                                  3 次元浮上磁場計算

                                                  磁束高度浮上速度の時間発展

                                                  27

                                                  3 次元浮上磁場計算

                                                  光球面磁場 BZB0

                                                  28

                                                  Fan (2001)

                                                  3 次元浮上磁場計算

                                                  光球面磁場 BZB0 と磁力線

                                                  29

                                                  bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

                                                  3 次元浮上磁場計算

                                                  結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

                                                  30

                                                  3 次元浮上磁場計算

                                                  議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

                                                  された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

                                                  される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

                                                  ているようではない

                                                  31

                                                  Zwaan (1985)

                                                  3 次元浮上磁場計算

                                                  議論 光球面で「交換モード不安定」によ

                                                  る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

                                                  32Strous amp Zwaan (1999)

                                                  3 次元浮上磁場計算

                                                  議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

                                                  が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

                                                  33

                                                  3 次元浮上磁場計算

                                                  議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

                                                  浮上するとフットポイントが移動する

                                                  34

                                                  Outer fields Inner fields

                                                  内容

                                                  1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                                  1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                                  3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                                  35

                                                  まとめ

                                                  深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                                                  磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                                                  36

                                                  観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                                                  光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                                                  今後の課題

                                                  複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                                                  黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                                                  パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                                                  輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                                                  37

                                                  FinThank you for your attention

                                                  1 Introduction

                                                  39

                                                  2 Previous 2D Works

                                                  40

                                                  3 3D Calculation

                                                  41

                                                  4 Summary and Future Works

                                                  42

                                                  4 What to Study in HAO

                                                  43

                                                  What to Study in HAO

                                                  Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                                  Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                                  Others Interaction between emerging flux and the convection

                                                  44

                                                  2-4 2D Parameter Study

                                                  45

                                                  Parameter Study

                                                  Varying

                                                  Field strength BX

                                                  Total flux Φ

                                                  to study the condition of the flux emergence

                                                  Total flux Φ

                                                  Field strength BX

                                                  46

                                                  Parameter Study

                                                  two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                                  dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                  47

                                                  Parameter Study

                                                  Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                                  48

                                                  Parameter Study BX-Φ too strong

                                                  49

                                                  Density field lines and velocity vectors

                                                  Parameter Study

                                                  Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                                  50

                                                  Parameter Survey

                                                  Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                                  51

                                                  Parameter Survey

                                                  times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                  52

                                                  Parameter Survey BX-Φ weak

                                                  53

                                                  Density field lines and velocity vectors

                                                  Parameter Survey

                                                  times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                  54

                                                  Parameter Survey BX-Φ weak

                                                  55

                                                  Density field lines and velocity vectors

                                                  Parameter Study

                                                  Varying

                                                  Field strength BX

                                                  Initial twist q

                                                  to study the condition of the flux emergence

                                                  Initial twist q

                                                  Field strength BX

                                                  56

                                                  Parameter Study

                                                  Varying axial field strength BX

                                                  57

                                                  Parameter Study typical case

                                                  Varying axial field strength BX

                                                  58

                                                  59

                                                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                  Parameter Study typical case

                                                  Parameter Study BX strong

                                                  Varying axial field strength BX

                                                  60

                                                  61

                                                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                  Parameter Study BX strong

                                                  Parameter Study BX weak

                                                  Varying axial field strength BX

                                                  62

                                                  63

                                                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                  Parameter Study BX weak

                                                  Parameter Study

                                                  Varying initial twist q

                                                  64

                                                  Parameter Study q weak

                                                  Varying initial twist q

                                                  65

                                                  66

                                                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                  Parameter Study q weak

                                                  3-1 Setup and Results

                                                  67

                                                  Setup

                                                  Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                  qH0=01 case rarr

                                                  68

                                                  rqrBrB x

                                                  2

                                                  tube

                                                  2

                                                  tube expR

                                                  rBrBx

                                                  3-2 Summary of 3D Work

                                                  69

                                                  Appendix

                                                  70

                                                  Active Regions and Emerging Flux

                                                  71

                                                  North Pole

                                                  Equator

                                                  Convection Zone

                                                  Radiative Zone

                                                  Core

                                                  Zwaan (1985)

                                                  Active Regions and Emerging Flux

                                                  Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                  (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                  72

                                                  North Pole

                                                  Equator

                                                  Convection Zone

                                                  Radiative Zone

                                                  Core

                                                  2-1 2D calculations

                                                  73

                                                  Apex of the Emerging Loop

                                                  Height Zapex

                                                  Rise Velocity VZapex

                                                  Surfacerarr

                                                  74

                                                  -20000 kmrarr

                                                  Axial Calculation Results

                                                  Magneticflux

                                                  Accumulateddensity

                                                  Magneticflux

                                                  Accumulateddensity

                                                  Accumulateddensity

                                                  Magneticflux

                                                  Deceleration near the Surface

                                                  Accumulated density

                                                  75

                                                  0 t

                                                  2-2 Cross-sectional Calculation

                                                  76

                                                  2-3 Summary of 2D Works

                                                  77

                                                  2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                  78

                                                  Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                  79

                                                  Results qH0=015 (slow two-step)

                                                  80

                                                  Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                  81

                                                  Results qH0=015 (slow two-step)

                                                  Logarithmic density

                                                  Summary of 3D Work

                                                  Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                  Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                  82

                                                  Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                  decelerates and

                                                  expands horizontally

                                                  Otsuji et al (2010)83

                                                  Observation

                                                  Results qH0=005 (failed)

                                                  84

                                                  Results

                                                  Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                  85

                                                  q large

                                                  q small

                                                  Results

                                                  Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                  86

                                                  Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                  Results

                                                  Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                  87

                                                  Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                  Results

                                                  Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                  q large obeys the initial

                                                  q2 law because the tube

                                                  keeps its coherency q small Emag increases

                                                  because it takes more time

                                                  to emerge to the corona

                                                  and Emag is stored in the

                                                  photospheric tongue 88

                                                  dVB

                                                  Ez

                                                  0

                                                  2

                                                  mag 8

                                                  Results

                                                  Cross-section when

                                                  the apex reaches zH0=40

                                                  89

                                                  Large-scale 3D calculation

                                                  Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                  90

                                                  Large-scale 3D calculation

                                                  Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                  91

                                                  Large-scale 3D calculation

                                                  Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                  92

                                                  Observation

                                                  Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                  decelerates and

                                                  expands horizontally

                                                  Otsuji et al (2010)93

                                                  イントロダクション

                                                  ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                  考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                  (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                  94

                                                  数値モデル

                                                  初期磁束管 exp型分布

                                                  ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                  磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                  磁束管の内部圧力を

                                                    と表すこのとき force balance

                                                   が保たれるよう

                                                   とする

                                                  rqrBrB x

                                                  2

                                                  tube

                                                  2

                                                  tube expR

                                                  rBrBx

                                                  r

                                                  BBB

                                                  dr

                                                  d

                                                  dr

                                                  dp x

                                                  48

                                                  222

                                                  exc

                                                  222

                                                  tube2exc 1

                                                  28

                                                  1xBr

                                                  Rqp

                                                  rpzpzyp excsi

                                                  B

                                                  x

                                                  r

                                                  B

                                                  BX

                                                  2πr

                                                  95

                                                  議論とまとめ

                                                  結果の比較

                                                  物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                  初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                  総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                  初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                  磁束管の半径 1000 km

                                                  初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                  1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                  減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                  96

                                                  断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                  議論とまとめ

                                                  3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                  軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                  総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                  考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                  倍 )

                                                  将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                  97

                                                  1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                  太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                  太陽と磁場

                                                  Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                  98

                                                  活動領域と浮上磁場

                                                  活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                  磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                  太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                  Zwaan (1985)

                                                  Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                  99

                                                  磁気浮力と Parker 不安定性

                                                  磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                  る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                  Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                  内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                  外圧 Pe

                                                  ggf ieb )(

                                                  100

                                                  活動領域と浮上磁場

                                                  AR 10926

                                                  101

                                                  磁束浮上シミュレーション

                                                  磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                  102

                                                  対流層内部における近似計算

                                                  ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                  た 細管近似

                                                  対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                  物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                  Caligari et al (1995)

                                                  103

                                                  対流層内部における近似計算

                                                  非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                  大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                  中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                  Fan (2001a)104

                                                  対流層内部における近似計算 (22)

                                                  しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                  細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                  したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                  105

                                                  浮上磁場シミュレーション

                                                  光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                  的にコロナへ浮上

                                                  対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                  Shibata et al (1989) 106

                                                  光球付近での減速機構

                                                  光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                  Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                  Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                  Magara (2001)

                                                  107

                                                  本研究の目的 (12)

                                                  上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                  しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                  対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                  しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                  したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                  108

                                                  本研究の目的 (22)

                                                  そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                  対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                  典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                  典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                  本研究の目的

                                                  減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                  2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                  典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                  典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                  数値モデル

                                                  初期条件

                                                  xH-400 0 400

                                                  zH

                                                  200

                                                  100

                                                  -200

                                                  -100

                                                  NX timesNZ

                                                  =1536times1920

                                                  BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                  磁束の厚さD = 1000 km

                                                  磁束の深さ -20000 km

                                                  光球 (等温 ) = 対流安定

                                                  111

                                                  LX = 16 万 km

                                                  LZ = 8 万 km

                                                  数値モデル (22)

                                                  対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                  無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                  速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                  時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                  密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                  圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                  温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                  磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                  数値モデル (23)

                                                  初期条件 (z 方向分布 )

                                                  磁場BX

                                                  密度ρ

                                                  圧力 p

                                                  温度 T

                                                  対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                  113

                                                  数値モデル (24)

                                                  境界条件

                                                  -400 0 400

                                                  200

                                                  100

                                                  -200

                                                  -100

                                                  周期境界 対称境界

                                                  減衰領域

                                                  x H0

                                                  z H0

                                                  114

                                                  数値モデル (14)

                                                  初期条件

                                                  x H0

                                                  -400 0 400

                                                  z H0

                                                  200

                                                  100

                                                  -200

                                                  -100

                                                  NZ=1920

                                                  NX=1536

                                                  BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                  width D

                                                  z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                  115

                                                  減速の物理 (34)

                                                  磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                  116

                                                  減速の物理 (34)

                                                  磁束シート上のプラズマ

                                                  シート上にプラズマが蓄積する

                                                  磁束シートの浮上

                                                  磁束シートが平らになる

                                                  減速

                                                  117

                                                  光球付近における減速

                                                  磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                  磁場

                                                  密度差

                                                  磁場

                                                  密度差密度差

                                                  磁場

                                                  118

                                                  5 パラメータ研究

                                                  119

                                                  パラメータ研究 (111)

                                                  磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                  総磁束量 Φ

                                                  を変えた計算を行った

                                                  総磁束量 Φ

                                                  磁場強度 BX

                                                  120

                                                  パラメータ研究 (211)

                                                  2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                  点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                  121

                                                  パラメータ研究 (311)

                                                  減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                  122

                                                  パラメータ研究 (511)

                                                  2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                  123

                                                  パラメータ研究 (611)

                                                  2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                  124

                                                  パラメータ研究 (711)

                                                  times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                  125

                                                  パラメータ研究 (811)

                                                  密度磁力線速度場126

                                                  パラメータ研究 (911)

                                                  対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                  EmagEkin lt 1

                                                  127

                                                  パラメータ研究 (1011)

                                                  times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                  軸方向計算のまとめ

                                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                  減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                  129

                                                  断面方向計算のまとめ

                                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                  減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                  130

                                                  Resistive Emergence Model

                                                  Pariat et al (2004) Model established through

                                                  observations Isobe et al (2007)

                                                  2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                  3D simulations131

                                                  Preceding Studies(13)

                                                  Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                  force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                  that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                  132

                                                  Preceding Studies(23)

                                                  Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                  persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                  133

                                                  Preceding Studies(33)

                                                  Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                  gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                  Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                  zzz pF BJg

                                                  134

                                                  Parameter Survey and Discussion (99)

                                                  135

                                                  Parameter Survey and Discussion (89)

                                                  Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                  magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                   rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                   rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                   rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                  Moreno-Insertis et al (1995)

                                                  136

                                                  3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                  137

                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                  Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                  138

                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                  Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                  twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                  139

                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                  Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                  emerged

                                                  q large direct emergence without a tongue

                                                  q small two-step emergence with a tongue

                                                  140

                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                  Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                  141

                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                  Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                  Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                  142

                                                  Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                  Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                  Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                  Radius Rtube 5 25

                                                  Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                  Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                  Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                  Result Every q emerged q=01 failed

                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                  Miyagoshi et al Initial condition

                                                  plasma β = P Pmag lt 1

                                                  at the tube top Strong tubehellip

                                                  143

                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                  Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                  on the initial twist q

                                                  q large direct emergence

                                                    Emag increases with q q small two-step emergence

                                                    Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                  144

                                                  dVB

                                                  E corona

                                                  2

                                                  mag 8

                                                  Setup and Results

                                                  Conditions

                                                  q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                  145

                                                  Our case Murray et al (2006)

                                                  Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                  Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                  Radius Rtube 25 25

                                                  Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                  Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                  Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                  Result qlt01 failed q=01 failed

                                                  セットアップと計算結果

                                                  結果 (x=0)

                                                  146

                                                  セットアップと計算結果

                                                  結果 (y=0)

                                                  147

                                                  • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                  • 内容
                                                  • 内容 (2)
                                                  • 太陽活動と磁場
                                                  • 活動領域と浮上磁場
                                                  • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                  • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                  • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                  • 先行研究の概観
                                                  • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                  • 本研究の目的
                                                  • 内容 (3)
                                                  • 2次元計算2つのモード
                                                  • 内容 (4)
                                                  • 2次元軸方向計算
                                                  • Slide 16
                                                  • 光球付近における減速
                                                  • パラメータ研究
                                                  • 内容 (5)
                                                  • 25次元断面方向計算
                                                  • Slide 21
                                                  • パラメータ研究 (2)
                                                  • 2次元計算のまとめ
                                                  • 内容 (6)
                                                  • 3次元浮上磁場計算
                                                  • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                  • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                  • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                  • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                  • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                  • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                  • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                  • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                  • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                  • 内容 (7)
                                                  • まとめ
                                                  • 今後の課題
                                                  • Fin
                                                  • 1 Introduction
                                                  • 2 Previous 2D Works
                                                  • 3 3D Calculation
                                                  • 4 Summary and Future Works
                                                  • 4 What to Study in HAO
                                                  • What to Study in HAO
                                                  • 2-4 2D Parameter Study
                                                  • Parameter Study
                                                  • Parameter Study (2)
                                                  • Parameter Study (3)
                                                  • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                  • Parameter Study (4)
                                                  • Parameter Survey
                                                  • Parameter Survey (2)
                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                  • Parameter Survey (3)
                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                  • Parameter Study (5)
                                                  • Parameter Study (6)
                                                  • Parameter Study typical case
                                                  • Slide 59
                                                  • Parameter Study BX strong
                                                  • Slide 61
                                                  • Parameter Study BX weak
                                                  • Slide 63
                                                  • Parameter Study (7)
                                                  • Parameter Study q weak
                                                  • Slide 66
                                                  • 3-1 Setup and Results
                                                  • Setup
                                                  • 3-2 Summary of 3D Work
                                                  • Appendix
                                                  • Active Regions and Emerging Flux
                                                  • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                  • 2-1 2D calculations
                                                  • Slide 74
                                                  • Deceleration near the Surface
                                                  • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                  • 2-3 Summary of 2D Works
                                                  • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                  • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                  • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                  • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                  • Summary of 3D Work
                                                  • Observation
                                                  • Results qH0=005 (failed)
                                                  • Results
                                                  • Results (2)
                                                  • Results (3)
                                                  • Results (4)
                                                  • Results (5)
                                                  • Large-scale 3D calculation
                                                  • Large-scale 3D calculation (2)
                                                  • Large-scale 3D calculation (3)
                                                  • Observation (2)
                                                  • イントロダクション
                                                  • 数値モデル
                                                  • 議論とまとめ
                                                  • 議論とまとめ (2)
                                                  • 太陽と磁場
                                                  • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                  • 磁気浮力とParker不安定性
                                                  • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                  • 磁束浮上シミュレーション
                                                  • 対流層内部における近似計算
                                                  • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                  • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                  • 浮上磁場シミュレーション
                                                  • 光球付近での減速機構
                                                  • 本研究の目的 (12)
                                                  • 本研究の目的 (22)
                                                  • 本研究の目的 (4)
                                                  • 数値モデル (2)
                                                  • 数値モデル (22)
                                                  • 数値モデル (23)
                                                  • 数値モデル (24)
                                                  • 数値モデル (14)
                                                  • 減速の物理 (34)
                                                  • 減速の物理 (34) (2)
                                                  • 光球付近における減速 (2)
                                                  • 5 パラメータ研究
                                                  • パラメータ研究 (111)
                                                  • パラメータ研究 (211)
                                                  • パラメータ研究 (311)
                                                  • パラメータ研究 (511)
                                                  • パラメータ研究 (611)
                                                  • パラメータ研究 (711)
                                                  • パラメータ研究 (811)
                                                  • パラメータ研究 (911)
                                                  • パラメータ研究 (1011)
                                                  • 軸方向計算のまとめ
                                                  • 断面方向計算のまとめ
                                                  • Resistive Emergence Model
                                                  • Preceding Studies(13)
                                                  • Preceding Studies(23)
                                                  • Preceding Studies(33)
                                                  • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                  • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                  • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                  • Introduction of Miyagoshi et al
                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                  • Setup and Results
                                                  • セットアップと計算結果
                                                  • セットアップと計算結果 (2)

                                                    3 次元浮上磁場計算

                                                    磁場強度 log(BB0)

                                                    26

                                                    bullxlt0 ygt0 のみ表示bull表面付近で水平に広がった構造をとるbull上空に複数の磁気ドームを形成する

                                                    3 次元浮上磁場計算

                                                    磁束高度浮上速度の時間発展

                                                    27

                                                    3 次元浮上磁場計算

                                                    光球面磁場 BZB0

                                                    28

                                                    Fan (2001)

                                                    3 次元浮上磁場計算

                                                    光球面磁場 BZB0 と磁力線

                                                    29

                                                    bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

                                                    3 次元浮上磁場計算

                                                    結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

                                                    30

                                                    3 次元浮上磁場計算

                                                    議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

                                                    された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

                                                    される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

                                                    ているようではない

                                                    31

                                                    Zwaan (1985)

                                                    3 次元浮上磁場計算

                                                    議論 光球面で「交換モード不安定」によ

                                                    る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

                                                    32Strous amp Zwaan (1999)

                                                    3 次元浮上磁場計算

                                                    議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

                                                    が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

                                                    33

                                                    3 次元浮上磁場計算

                                                    議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

                                                    浮上するとフットポイントが移動する

                                                    34

                                                    Outer fields Inner fields

                                                    内容

                                                    1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                                    1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                                    3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                                    35

                                                    まとめ

                                                    深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                                                    磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                                                    36

                                                    観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                                                    光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                                                    今後の課題

                                                    複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                                                    黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                                                    パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                                                    輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                                                    37

                                                    FinThank you for your attention

                                                    1 Introduction

                                                    39

                                                    2 Previous 2D Works

                                                    40

                                                    3 3D Calculation

                                                    41

                                                    4 Summary and Future Works

                                                    42

                                                    4 What to Study in HAO

                                                    43

                                                    What to Study in HAO

                                                    Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                                    Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                                    Others Interaction between emerging flux and the convection

                                                    44

                                                    2-4 2D Parameter Study

                                                    45

                                                    Parameter Study

                                                    Varying

                                                    Field strength BX

                                                    Total flux Φ

                                                    to study the condition of the flux emergence

                                                    Total flux Φ

                                                    Field strength BX

                                                    46

                                                    Parameter Study

                                                    two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                                    dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                    47

                                                    Parameter Study

                                                    Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                                    48

                                                    Parameter Study BX-Φ too strong

                                                    49

                                                    Density field lines and velocity vectors

                                                    Parameter Study

                                                    Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                                    50

                                                    Parameter Survey

                                                    Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                                    51

                                                    Parameter Survey

                                                    times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                    52

                                                    Parameter Survey BX-Φ weak

                                                    53

                                                    Density field lines and velocity vectors

                                                    Parameter Survey

                                                    times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                    54

                                                    Parameter Survey BX-Φ weak

                                                    55

                                                    Density field lines and velocity vectors

                                                    Parameter Study

                                                    Varying

                                                    Field strength BX

                                                    Initial twist q

                                                    to study the condition of the flux emergence

                                                    Initial twist q

                                                    Field strength BX

                                                    56

                                                    Parameter Study

                                                    Varying axial field strength BX

                                                    57

                                                    Parameter Study typical case

                                                    Varying axial field strength BX

                                                    58

                                                    59

                                                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                    Parameter Study typical case

                                                    Parameter Study BX strong

                                                    Varying axial field strength BX

                                                    60

                                                    61

                                                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                    Parameter Study BX strong

                                                    Parameter Study BX weak

                                                    Varying axial field strength BX

                                                    62

                                                    63

                                                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                    Parameter Study BX weak

                                                    Parameter Study

                                                    Varying initial twist q

                                                    64

                                                    Parameter Study q weak

                                                    Varying initial twist q

                                                    65

                                                    66

                                                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                    Parameter Study q weak

                                                    3-1 Setup and Results

                                                    67

                                                    Setup

                                                    Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                    qH0=01 case rarr

                                                    68

                                                    rqrBrB x

                                                    2

                                                    tube

                                                    2

                                                    tube expR

                                                    rBrBx

                                                    3-2 Summary of 3D Work

                                                    69

                                                    Appendix

                                                    70

                                                    Active Regions and Emerging Flux

                                                    71

                                                    North Pole

                                                    Equator

                                                    Convection Zone

                                                    Radiative Zone

                                                    Core

                                                    Zwaan (1985)

                                                    Active Regions and Emerging Flux

                                                    Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                    (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                    72

                                                    North Pole

                                                    Equator

                                                    Convection Zone

                                                    Radiative Zone

                                                    Core

                                                    2-1 2D calculations

                                                    73

                                                    Apex of the Emerging Loop

                                                    Height Zapex

                                                    Rise Velocity VZapex

                                                    Surfacerarr

                                                    74

                                                    -20000 kmrarr

                                                    Axial Calculation Results

                                                    Magneticflux

                                                    Accumulateddensity

                                                    Magneticflux

                                                    Accumulateddensity

                                                    Accumulateddensity

                                                    Magneticflux

                                                    Deceleration near the Surface

                                                    Accumulated density

                                                    75

                                                    0 t

                                                    2-2 Cross-sectional Calculation

                                                    76

                                                    2-3 Summary of 2D Works

                                                    77

                                                    2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                    78

                                                    Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                    79

                                                    Results qH0=015 (slow two-step)

                                                    80

                                                    Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                    81

                                                    Results qH0=015 (slow two-step)

                                                    Logarithmic density

                                                    Summary of 3D Work

                                                    Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                    Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                    82

                                                    Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                    decelerates and

                                                    expands horizontally

                                                    Otsuji et al (2010)83

                                                    Observation

                                                    Results qH0=005 (failed)

                                                    84

                                                    Results

                                                    Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                    85

                                                    q large

                                                    q small

                                                    Results

                                                    Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                    86

                                                    Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                    Results

                                                    Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                    87

                                                    Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                    Results

                                                    Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                    q large obeys the initial

                                                    q2 law because the tube

                                                    keeps its coherency q small Emag increases

                                                    because it takes more time

                                                    to emerge to the corona

                                                    and Emag is stored in the

                                                    photospheric tongue 88

                                                    dVB

                                                    Ez

                                                    0

                                                    2

                                                    mag 8

                                                    Results

                                                    Cross-section when

                                                    the apex reaches zH0=40

                                                    89

                                                    Large-scale 3D calculation

                                                    Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                    90

                                                    Large-scale 3D calculation

                                                    Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                    91

                                                    Large-scale 3D calculation

                                                    Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                    92

                                                    Observation

                                                    Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                    decelerates and

                                                    expands horizontally

                                                    Otsuji et al (2010)93

                                                    イントロダクション

                                                    ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                    考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                    (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                    94

                                                    数値モデル

                                                    初期磁束管 exp型分布

                                                    ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                    磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                    磁束管の内部圧力を

                                                      と表すこのとき force balance

                                                     が保たれるよう

                                                     とする

                                                    rqrBrB x

                                                    2

                                                    tube

                                                    2

                                                    tube expR

                                                    rBrBx

                                                    r

                                                    BBB

                                                    dr

                                                    d

                                                    dr

                                                    dp x

                                                    48

                                                    222

                                                    exc

                                                    222

                                                    tube2exc 1

                                                    28

                                                    1xBr

                                                    Rqp

                                                    rpzpzyp excsi

                                                    B

                                                    x

                                                    r

                                                    B

                                                    BX

                                                    2πr

                                                    95

                                                    議論とまとめ

                                                    結果の比較

                                                    物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                    初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                    総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                    初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                    磁束管の半径 1000 km

                                                    初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                    1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                    減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                    96

                                                    断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                    議論とまとめ

                                                    3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                    軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                    総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                    考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                    倍 )

                                                    将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                    97

                                                    1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                    太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                    太陽と磁場

                                                    Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                    98

                                                    活動領域と浮上磁場

                                                    活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                    磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                    太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                    Zwaan (1985)

                                                    Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                    99

                                                    磁気浮力と Parker 不安定性

                                                    磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                    る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                    Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                    内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                    外圧 Pe

                                                    ggf ieb )(

                                                    100

                                                    活動領域と浮上磁場

                                                    AR 10926

                                                    101

                                                    磁束浮上シミュレーション

                                                    磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                    102

                                                    対流層内部における近似計算

                                                    ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                    た 細管近似

                                                    対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                    物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                    Caligari et al (1995)

                                                    103

                                                    対流層内部における近似計算

                                                    非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                    大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                    中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                    Fan (2001a)104

                                                    対流層内部における近似計算 (22)

                                                    しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                    細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                    したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                    105

                                                    浮上磁場シミュレーション

                                                    光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                    的にコロナへ浮上

                                                    対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                    Shibata et al (1989) 106

                                                    光球付近での減速機構

                                                    光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                    Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                    Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                    Magara (2001)

                                                    107

                                                    本研究の目的 (12)

                                                    上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                    しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                    対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                    しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                    したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                    108

                                                    本研究の目的 (22)

                                                    そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                    対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                    典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                    典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                    本研究の目的

                                                    減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                    2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                    典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                    典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                    数値モデル

                                                    初期条件

                                                    xH-400 0 400

                                                    zH

                                                    200

                                                    100

                                                    -200

                                                    -100

                                                    NX timesNZ

                                                    =1536times1920

                                                    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                    磁束の厚さD = 1000 km

                                                    磁束の深さ -20000 km

                                                    光球 (等温 ) = 対流安定

                                                    111

                                                    LX = 16 万 km

                                                    LZ = 8 万 km

                                                    数値モデル (22)

                                                    対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                    無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                    速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                    時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                    密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                    圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                    温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                    磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                    数値モデル (23)

                                                    初期条件 (z 方向分布 )

                                                    磁場BX

                                                    密度ρ

                                                    圧力 p

                                                    温度 T

                                                    対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                    113

                                                    数値モデル (24)

                                                    境界条件

                                                    -400 0 400

                                                    200

                                                    100

                                                    -200

                                                    -100

                                                    周期境界 対称境界

                                                    減衰領域

                                                    x H0

                                                    z H0

                                                    114

                                                    数値モデル (14)

                                                    初期条件

                                                    x H0

                                                    -400 0 400

                                                    z H0

                                                    200

                                                    100

                                                    -200

                                                    -100

                                                    NZ=1920

                                                    NX=1536

                                                    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                    width D

                                                    z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                    115

                                                    減速の物理 (34)

                                                    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                    116

                                                    減速の物理 (34)

                                                    磁束シート上のプラズマ

                                                    シート上にプラズマが蓄積する

                                                    磁束シートの浮上

                                                    磁束シートが平らになる

                                                    減速

                                                    117

                                                    光球付近における減速

                                                    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                    磁場

                                                    密度差

                                                    磁場

                                                    密度差密度差

                                                    磁場

                                                    118

                                                    5 パラメータ研究

                                                    119

                                                    パラメータ研究 (111)

                                                    磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                    総磁束量 Φ

                                                    を変えた計算を行った

                                                    総磁束量 Φ

                                                    磁場強度 BX

                                                    120

                                                    パラメータ研究 (211)

                                                    2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                    点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                    121

                                                    パラメータ研究 (311)

                                                    減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                    122

                                                    パラメータ研究 (511)

                                                    2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                    123

                                                    パラメータ研究 (611)

                                                    2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                    124

                                                    パラメータ研究 (711)

                                                    times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                    125

                                                    パラメータ研究 (811)

                                                    密度磁力線速度場126

                                                    パラメータ研究 (911)

                                                    対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                    EmagEkin lt 1

                                                    127

                                                    パラメータ研究 (1011)

                                                    times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                    軸方向計算のまとめ

                                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                    減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                    129

                                                    断面方向計算のまとめ

                                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                    減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                    130

                                                    Resistive Emergence Model

                                                    Pariat et al (2004) Model established through

                                                    observations Isobe et al (2007)

                                                    2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                    3D simulations131

                                                    Preceding Studies(13)

                                                    Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                    force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                    that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                    132

                                                    Preceding Studies(23)

                                                    Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                    persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                    133

                                                    Preceding Studies(33)

                                                    Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                    gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                    Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                    zzz pF BJg

                                                    134

                                                    Parameter Survey and Discussion (99)

                                                    135

                                                    Parameter Survey and Discussion (89)

                                                    Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                    magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                     rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                     rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                     rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                    Moreno-Insertis et al (1995)

                                                    136

                                                    3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                    137

                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                    Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                    138

                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                    Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                    twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                    139

                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                    Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                    emerged

                                                    q large direct emergence without a tongue

                                                    q small two-step emergence with a tongue

                                                    140

                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                    Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                    141

                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                    Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                    Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                    142

                                                    Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                    Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                    Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                    Radius Rtube 5 25

                                                    Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                    Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                    Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                    Result Every q emerged q=01 failed

                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                    Miyagoshi et al Initial condition

                                                    plasma β = P Pmag lt 1

                                                    at the tube top Strong tubehellip

                                                    143

                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                    Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                    on the initial twist q

                                                    q large direct emergence

                                                      Emag increases with q q small two-step emergence

                                                      Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                    144

                                                    dVB

                                                    E corona

                                                    2

                                                    mag 8

                                                    Setup and Results

                                                    Conditions

                                                    q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                    145

                                                    Our case Murray et al (2006)

                                                    Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                    Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                    Radius Rtube 25 25

                                                    Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                    Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                    Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                    Result qlt01 failed q=01 failed

                                                    セットアップと計算結果

                                                    結果 (x=0)

                                                    146

                                                    セットアップと計算結果

                                                    結果 (y=0)

                                                    147

                                                    • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                    • 内容
                                                    • 内容 (2)
                                                    • 太陽活動と磁場
                                                    • 活動領域と浮上磁場
                                                    • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                    • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                    • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                    • 先行研究の概観
                                                    • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                    • 本研究の目的
                                                    • 内容 (3)
                                                    • 2次元計算2つのモード
                                                    • 内容 (4)
                                                    • 2次元軸方向計算
                                                    • Slide 16
                                                    • 光球付近における減速
                                                    • パラメータ研究
                                                    • 内容 (5)
                                                    • 25次元断面方向計算
                                                    • Slide 21
                                                    • パラメータ研究 (2)
                                                    • 2次元計算のまとめ
                                                    • 内容 (6)
                                                    • 3次元浮上磁場計算
                                                    • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                    • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                    • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                    • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                    • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                    • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                    • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                    • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                    • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                    • 内容 (7)
                                                    • まとめ
                                                    • 今後の課題
                                                    • Fin
                                                    • 1 Introduction
                                                    • 2 Previous 2D Works
                                                    • 3 3D Calculation
                                                    • 4 Summary and Future Works
                                                    • 4 What to Study in HAO
                                                    • What to Study in HAO
                                                    • 2-4 2D Parameter Study
                                                    • Parameter Study
                                                    • Parameter Study (2)
                                                    • Parameter Study (3)
                                                    • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                    • Parameter Study (4)
                                                    • Parameter Survey
                                                    • Parameter Survey (2)
                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                    • Parameter Survey (3)
                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                    • Parameter Study (5)
                                                    • Parameter Study (6)
                                                    • Parameter Study typical case
                                                    • Slide 59
                                                    • Parameter Study BX strong
                                                    • Slide 61
                                                    • Parameter Study BX weak
                                                    • Slide 63
                                                    • Parameter Study (7)
                                                    • Parameter Study q weak
                                                    • Slide 66
                                                    • 3-1 Setup and Results
                                                    • Setup
                                                    • 3-2 Summary of 3D Work
                                                    • Appendix
                                                    • Active Regions and Emerging Flux
                                                    • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                    • 2-1 2D calculations
                                                    • Slide 74
                                                    • Deceleration near the Surface
                                                    • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                    • 2-3 Summary of 2D Works
                                                    • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                    • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                    • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                    • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                    • Summary of 3D Work
                                                    • Observation
                                                    • Results qH0=005 (failed)
                                                    • Results
                                                    • Results (2)
                                                    • Results (3)
                                                    • Results (4)
                                                    • Results (5)
                                                    • Large-scale 3D calculation
                                                    • Large-scale 3D calculation (2)
                                                    • Large-scale 3D calculation (3)
                                                    • Observation (2)
                                                    • イントロダクション
                                                    • 数値モデル
                                                    • 議論とまとめ
                                                    • 議論とまとめ (2)
                                                    • 太陽と磁場
                                                    • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                    • 磁気浮力とParker不安定性
                                                    • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                    • 磁束浮上シミュレーション
                                                    • 対流層内部における近似計算
                                                    • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                    • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                    • 浮上磁場シミュレーション
                                                    • 光球付近での減速機構
                                                    • 本研究の目的 (12)
                                                    • 本研究の目的 (22)
                                                    • 本研究の目的 (4)
                                                    • 数値モデル (2)
                                                    • 数値モデル (22)
                                                    • 数値モデル (23)
                                                    • 数値モデル (24)
                                                    • 数値モデル (14)
                                                    • 減速の物理 (34)
                                                    • 減速の物理 (34) (2)
                                                    • 光球付近における減速 (2)
                                                    • 5 パラメータ研究
                                                    • パラメータ研究 (111)
                                                    • パラメータ研究 (211)
                                                    • パラメータ研究 (311)
                                                    • パラメータ研究 (511)
                                                    • パラメータ研究 (611)
                                                    • パラメータ研究 (711)
                                                    • パラメータ研究 (811)
                                                    • パラメータ研究 (911)
                                                    • パラメータ研究 (1011)
                                                    • 軸方向計算のまとめ
                                                    • 断面方向計算のまとめ
                                                    • Resistive Emergence Model
                                                    • Preceding Studies(13)
                                                    • Preceding Studies(23)
                                                    • Preceding Studies(33)
                                                    • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                    • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                    • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                    • Introduction of Miyagoshi et al
                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                    • Setup and Results
                                                    • セットアップと計算結果
                                                    • セットアップと計算結果 (2)

                                                      3 次元浮上磁場計算

                                                      磁束高度浮上速度の時間発展

                                                      27

                                                      3 次元浮上磁場計算

                                                      光球面磁場 BZB0

                                                      28

                                                      Fan (2001)

                                                      3 次元浮上磁場計算

                                                      光球面磁場 BZB0 と磁力線

                                                      29

                                                      bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

                                                      3 次元浮上磁場計算

                                                      結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

                                                      30

                                                      3 次元浮上磁場計算

                                                      議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

                                                      された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

                                                      される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

                                                      ているようではない

                                                      31

                                                      Zwaan (1985)

                                                      3 次元浮上磁場計算

                                                      議論 光球面で「交換モード不安定」によ

                                                      る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

                                                      32Strous amp Zwaan (1999)

                                                      3 次元浮上磁場計算

                                                      議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

                                                      が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

                                                      33

                                                      3 次元浮上磁場計算

                                                      議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

                                                      浮上するとフットポイントが移動する

                                                      34

                                                      Outer fields Inner fields

                                                      内容

                                                      1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                                      1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                                      3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                                      35

                                                      まとめ

                                                      深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                                                      磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                                                      36

                                                      観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                                                      光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                                                      今後の課題

                                                      複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                                                      黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                                                      パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                                                      輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                                                      37

                                                      FinThank you for your attention

                                                      1 Introduction

                                                      39

                                                      2 Previous 2D Works

                                                      40

                                                      3 3D Calculation

                                                      41

                                                      4 Summary and Future Works

                                                      42

                                                      4 What to Study in HAO

                                                      43

                                                      What to Study in HAO

                                                      Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                                      Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                                      Others Interaction between emerging flux and the convection

                                                      44

                                                      2-4 2D Parameter Study

                                                      45

                                                      Parameter Study

                                                      Varying

                                                      Field strength BX

                                                      Total flux Φ

                                                      to study the condition of the flux emergence

                                                      Total flux Φ

                                                      Field strength BX

                                                      46

                                                      Parameter Study

                                                      two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                                      dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                      47

                                                      Parameter Study

                                                      Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                                      48

                                                      Parameter Study BX-Φ too strong

                                                      49

                                                      Density field lines and velocity vectors

                                                      Parameter Study

                                                      Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                                      50

                                                      Parameter Survey

                                                      Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                                      51

                                                      Parameter Survey

                                                      times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                      52

                                                      Parameter Survey BX-Φ weak

                                                      53

                                                      Density field lines and velocity vectors

                                                      Parameter Survey

                                                      times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                      54

                                                      Parameter Survey BX-Φ weak

                                                      55

                                                      Density field lines and velocity vectors

                                                      Parameter Study

                                                      Varying

                                                      Field strength BX

                                                      Initial twist q

                                                      to study the condition of the flux emergence

                                                      Initial twist q

                                                      Field strength BX

                                                      56

                                                      Parameter Study

                                                      Varying axial field strength BX

                                                      57

                                                      Parameter Study typical case

                                                      Varying axial field strength BX

                                                      58

                                                      59

                                                      Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                      Parameter Study typical case

                                                      Parameter Study BX strong

                                                      Varying axial field strength BX

                                                      60

                                                      61

                                                      Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                      Parameter Study BX strong

                                                      Parameter Study BX weak

                                                      Varying axial field strength BX

                                                      62

                                                      63

                                                      Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                      Parameter Study BX weak

                                                      Parameter Study

                                                      Varying initial twist q

                                                      64

                                                      Parameter Study q weak

                                                      Varying initial twist q

                                                      65

                                                      66

                                                      Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                      Parameter Study q weak

                                                      3-1 Setup and Results

                                                      67

                                                      Setup

                                                      Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                      qH0=01 case rarr

                                                      68

                                                      rqrBrB x

                                                      2

                                                      tube

                                                      2

                                                      tube expR

                                                      rBrBx

                                                      3-2 Summary of 3D Work

                                                      69

                                                      Appendix

                                                      70

                                                      Active Regions and Emerging Flux

                                                      71

                                                      North Pole

                                                      Equator

                                                      Convection Zone

                                                      Radiative Zone

                                                      Core

                                                      Zwaan (1985)

                                                      Active Regions and Emerging Flux

                                                      Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                      (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                      72

                                                      North Pole

                                                      Equator

                                                      Convection Zone

                                                      Radiative Zone

                                                      Core

                                                      2-1 2D calculations

                                                      73

                                                      Apex of the Emerging Loop

                                                      Height Zapex

                                                      Rise Velocity VZapex

                                                      Surfacerarr

                                                      74

                                                      -20000 kmrarr

                                                      Axial Calculation Results

                                                      Magneticflux

                                                      Accumulateddensity

                                                      Magneticflux

                                                      Accumulateddensity

                                                      Accumulateddensity

                                                      Magneticflux

                                                      Deceleration near the Surface

                                                      Accumulated density

                                                      75

                                                      0 t

                                                      2-2 Cross-sectional Calculation

                                                      76

                                                      2-3 Summary of 2D Works

                                                      77

                                                      2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                      78

                                                      Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                      79

                                                      Results qH0=015 (slow two-step)

                                                      80

                                                      Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                      81

                                                      Results qH0=015 (slow two-step)

                                                      Logarithmic density

                                                      Summary of 3D Work

                                                      Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                      Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                      82

                                                      Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                      decelerates and

                                                      expands horizontally

                                                      Otsuji et al (2010)83

                                                      Observation

                                                      Results qH0=005 (failed)

                                                      84

                                                      Results

                                                      Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                      85

                                                      q large

                                                      q small

                                                      Results

                                                      Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                      86

                                                      Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                      Results

                                                      Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                      87

                                                      Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                      Results

                                                      Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                      q large obeys the initial

                                                      q2 law because the tube

                                                      keeps its coherency q small Emag increases

                                                      because it takes more time

                                                      to emerge to the corona

                                                      and Emag is stored in the

                                                      photospheric tongue 88

                                                      dVB

                                                      Ez

                                                      0

                                                      2

                                                      mag 8

                                                      Results

                                                      Cross-section when

                                                      the apex reaches zH0=40

                                                      89

                                                      Large-scale 3D calculation

                                                      Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                      90

                                                      Large-scale 3D calculation

                                                      Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                      91

                                                      Large-scale 3D calculation

                                                      Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                      92

                                                      Observation

                                                      Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                      decelerates and

                                                      expands horizontally

                                                      Otsuji et al (2010)93

                                                      イントロダクション

                                                      ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                      考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                      (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                      94

                                                      数値モデル

                                                      初期磁束管 exp型分布

                                                      ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                      磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                      磁束管の内部圧力を

                                                        と表すこのとき force balance

                                                       が保たれるよう

                                                       とする

                                                      rqrBrB x

                                                      2

                                                      tube

                                                      2

                                                      tube expR

                                                      rBrBx

                                                      r

                                                      BBB

                                                      dr

                                                      d

                                                      dr

                                                      dp x

                                                      48

                                                      222

                                                      exc

                                                      222

                                                      tube2exc 1

                                                      28

                                                      1xBr

                                                      Rqp

                                                      rpzpzyp excsi

                                                      B

                                                      x

                                                      r

                                                      B

                                                      BX

                                                      2πr

                                                      95

                                                      議論とまとめ

                                                      結果の比較

                                                      物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                      初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                      総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                      初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                      磁束管の半径 1000 km

                                                      初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                      1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                      減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                      96

                                                      断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                      議論とまとめ

                                                      3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                      軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                      総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                      考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                      倍 )

                                                      将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                      97

                                                      1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                      太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                      太陽と磁場

                                                      Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                      98

                                                      活動領域と浮上磁場

                                                      活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                      磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                      太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                      Zwaan (1985)

                                                      Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                      99

                                                      磁気浮力と Parker 不安定性

                                                      磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                      る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                      Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                      内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                      外圧 Pe

                                                      ggf ieb )(

                                                      100

                                                      活動領域と浮上磁場

                                                      AR 10926

                                                      101

                                                      磁束浮上シミュレーション

                                                      磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                      102

                                                      対流層内部における近似計算

                                                      ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                      た 細管近似

                                                      対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                      物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                      Caligari et al (1995)

                                                      103

                                                      対流層内部における近似計算

                                                      非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                      大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                      中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                      Fan (2001a)104

                                                      対流層内部における近似計算 (22)

                                                      しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                      細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                      したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                      105

                                                      浮上磁場シミュレーション

                                                      光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                      的にコロナへ浮上

                                                      対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                      Shibata et al (1989) 106

                                                      光球付近での減速機構

                                                      光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                      Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                      Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                      Magara (2001)

                                                      107

                                                      本研究の目的 (12)

                                                      上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                      しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                      対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                      しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                      したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                      108

                                                      本研究の目的 (22)

                                                      そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                      対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                      典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                      典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                      本研究の目的

                                                      減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                      2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                      典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                      典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                      数値モデル

                                                      初期条件

                                                      xH-400 0 400

                                                      zH

                                                      200

                                                      100

                                                      -200

                                                      -100

                                                      NX timesNZ

                                                      =1536times1920

                                                      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                      磁束の厚さD = 1000 km

                                                      磁束の深さ -20000 km

                                                      光球 (等温 ) = 対流安定

                                                      111

                                                      LX = 16 万 km

                                                      LZ = 8 万 km

                                                      数値モデル (22)

                                                      対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                      無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                      速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                      時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                      密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                      圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                      温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                      磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                      数値モデル (23)

                                                      初期条件 (z 方向分布 )

                                                      磁場BX

                                                      密度ρ

                                                      圧力 p

                                                      温度 T

                                                      対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                      113

                                                      数値モデル (24)

                                                      境界条件

                                                      -400 0 400

                                                      200

                                                      100

                                                      -200

                                                      -100

                                                      周期境界 対称境界

                                                      減衰領域

                                                      x H0

                                                      z H0

                                                      114

                                                      数値モデル (14)

                                                      初期条件

                                                      x H0

                                                      -400 0 400

                                                      z H0

                                                      200

                                                      100

                                                      -200

                                                      -100

                                                      NZ=1920

                                                      NX=1536

                                                      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                      width D

                                                      z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                      115

                                                      減速の物理 (34)

                                                      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                      116

                                                      減速の物理 (34)

                                                      磁束シート上のプラズマ

                                                      シート上にプラズマが蓄積する

                                                      磁束シートの浮上

                                                      磁束シートが平らになる

                                                      減速

                                                      117

                                                      光球付近における減速

                                                      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                      磁場

                                                      密度差

                                                      磁場

                                                      密度差密度差

                                                      磁場

                                                      118

                                                      5 パラメータ研究

                                                      119

                                                      パラメータ研究 (111)

                                                      磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                      総磁束量 Φ

                                                      を変えた計算を行った

                                                      総磁束量 Φ

                                                      磁場強度 BX

                                                      120

                                                      パラメータ研究 (211)

                                                      2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                      点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                      121

                                                      パラメータ研究 (311)

                                                      減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                      122

                                                      パラメータ研究 (511)

                                                      2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                      123

                                                      パラメータ研究 (611)

                                                      2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                      124

                                                      パラメータ研究 (711)

                                                      times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                      125

                                                      パラメータ研究 (811)

                                                      密度磁力線速度場126

                                                      パラメータ研究 (911)

                                                      対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                      EmagEkin lt 1

                                                      127

                                                      パラメータ研究 (1011)

                                                      times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                      軸方向計算のまとめ

                                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                      減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                      129

                                                      断面方向計算のまとめ

                                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                      減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                      130

                                                      Resistive Emergence Model

                                                      Pariat et al (2004) Model established through

                                                      observations Isobe et al (2007)

                                                      2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                      3D simulations131

                                                      Preceding Studies(13)

                                                      Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                      force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                      that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                      132

                                                      Preceding Studies(23)

                                                      Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                      persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                      133

                                                      Preceding Studies(33)

                                                      Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                      gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                      Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                      zzz pF BJg

                                                      134

                                                      Parameter Survey and Discussion (99)

                                                      135

                                                      Parameter Survey and Discussion (89)

                                                      Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                      magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                       rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                       rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                       rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                      Moreno-Insertis et al (1995)

                                                      136

                                                      3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                      137

                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                      Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                      138

                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                      Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                      twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                      139

                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                      Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                      emerged

                                                      q large direct emergence without a tongue

                                                      q small two-step emergence with a tongue

                                                      140

                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                      Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                      141

                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                      Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                      Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                      142

                                                      Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                      Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                      Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                      Radius Rtube 5 25

                                                      Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                      Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                      Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                      Result Every q emerged q=01 failed

                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                      Miyagoshi et al Initial condition

                                                      plasma β = P Pmag lt 1

                                                      at the tube top Strong tubehellip

                                                      143

                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                      Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                      on the initial twist q

                                                      q large direct emergence

                                                        Emag increases with q q small two-step emergence

                                                        Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                      144

                                                      dVB

                                                      E corona

                                                      2

                                                      mag 8

                                                      Setup and Results

                                                      Conditions

                                                      q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                      145

                                                      Our case Murray et al (2006)

                                                      Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                      Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                      Radius Rtube 25 25

                                                      Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                      Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                      Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                      Result qlt01 failed q=01 failed

                                                      セットアップと計算結果

                                                      結果 (x=0)

                                                      146

                                                      セットアップと計算結果

                                                      結果 (y=0)

                                                      147

                                                      • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                      • 内容
                                                      • 内容 (2)
                                                      • 太陽活動と磁場
                                                      • 活動領域と浮上磁場
                                                      • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                      • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                      • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                      • 先行研究の概観
                                                      • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                      • 本研究の目的
                                                      • 内容 (3)
                                                      • 2次元計算2つのモード
                                                      • 内容 (4)
                                                      • 2次元軸方向計算
                                                      • Slide 16
                                                      • 光球付近における減速
                                                      • パラメータ研究
                                                      • 内容 (5)
                                                      • 25次元断面方向計算
                                                      • Slide 21
                                                      • パラメータ研究 (2)
                                                      • 2次元計算のまとめ
                                                      • 内容 (6)
                                                      • 3次元浮上磁場計算
                                                      • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                      • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                      • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                      • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                      • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                      • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                      • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                      • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                      • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                      • 内容 (7)
                                                      • まとめ
                                                      • 今後の課題
                                                      • Fin
                                                      • 1 Introduction
                                                      • 2 Previous 2D Works
                                                      • 3 3D Calculation
                                                      • 4 Summary and Future Works
                                                      • 4 What to Study in HAO
                                                      • What to Study in HAO
                                                      • 2-4 2D Parameter Study
                                                      • Parameter Study
                                                      • Parameter Study (2)
                                                      • Parameter Study (3)
                                                      • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                      • Parameter Study (4)
                                                      • Parameter Survey
                                                      • Parameter Survey (2)
                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                      • Parameter Survey (3)
                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                      • Parameter Study (5)
                                                      • Parameter Study (6)
                                                      • Parameter Study typical case
                                                      • Slide 59
                                                      • Parameter Study BX strong
                                                      • Slide 61
                                                      • Parameter Study BX weak
                                                      • Slide 63
                                                      • Parameter Study (7)
                                                      • Parameter Study q weak
                                                      • Slide 66
                                                      • 3-1 Setup and Results
                                                      • Setup
                                                      • 3-2 Summary of 3D Work
                                                      • Appendix
                                                      • Active Regions and Emerging Flux
                                                      • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                      • 2-1 2D calculations
                                                      • Slide 74
                                                      • Deceleration near the Surface
                                                      • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                      • 2-3 Summary of 2D Works
                                                      • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                      • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                      • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                      • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                      • Summary of 3D Work
                                                      • Observation
                                                      • Results qH0=005 (failed)
                                                      • Results
                                                      • Results (2)
                                                      • Results (3)
                                                      • Results (4)
                                                      • Results (5)
                                                      • Large-scale 3D calculation
                                                      • Large-scale 3D calculation (2)
                                                      • Large-scale 3D calculation (3)
                                                      • Observation (2)
                                                      • イントロダクション
                                                      • 数値モデル
                                                      • 議論とまとめ
                                                      • 議論とまとめ (2)
                                                      • 太陽と磁場
                                                      • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                      • 磁気浮力とParker不安定性
                                                      • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                      • 磁束浮上シミュレーション
                                                      • 対流層内部における近似計算
                                                      • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                      • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                      • 浮上磁場シミュレーション
                                                      • 光球付近での減速機構
                                                      • 本研究の目的 (12)
                                                      • 本研究の目的 (22)
                                                      • 本研究の目的 (4)
                                                      • 数値モデル (2)
                                                      • 数値モデル (22)
                                                      • 数値モデル (23)
                                                      • 数値モデル (24)
                                                      • 数値モデル (14)
                                                      • 減速の物理 (34)
                                                      • 減速の物理 (34) (2)
                                                      • 光球付近における減速 (2)
                                                      • 5 パラメータ研究
                                                      • パラメータ研究 (111)
                                                      • パラメータ研究 (211)
                                                      • パラメータ研究 (311)
                                                      • パラメータ研究 (511)
                                                      • パラメータ研究 (611)
                                                      • パラメータ研究 (711)
                                                      • パラメータ研究 (811)
                                                      • パラメータ研究 (911)
                                                      • パラメータ研究 (1011)
                                                      • 軸方向計算のまとめ
                                                      • 断面方向計算のまとめ
                                                      • Resistive Emergence Model
                                                      • Preceding Studies(13)
                                                      • Preceding Studies(23)
                                                      • Preceding Studies(33)
                                                      • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                      • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                      • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                      • Introduction of Miyagoshi et al
                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                      • Setup and Results
                                                      • セットアップと計算結果
                                                      • セットアップと計算結果 (2)

                                                        3 次元浮上磁場計算

                                                        光球面磁場 BZB0

                                                        28

                                                        Fan (2001)

                                                        3 次元浮上磁場計算

                                                        光球面磁場 BZB0 と磁力線

                                                        29

                                                        bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

                                                        3 次元浮上磁場計算

                                                        結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

                                                        30

                                                        3 次元浮上磁場計算

                                                        議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

                                                        された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

                                                        される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

                                                        ているようではない

                                                        31

                                                        Zwaan (1985)

                                                        3 次元浮上磁場計算

                                                        議論 光球面で「交換モード不安定」によ

                                                        る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

                                                        32Strous amp Zwaan (1999)

                                                        3 次元浮上磁場計算

                                                        議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

                                                        が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

                                                        33

                                                        3 次元浮上磁場計算

                                                        議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

                                                        浮上するとフットポイントが移動する

                                                        34

                                                        Outer fields Inner fields

                                                        内容

                                                        1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                                        1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                                        3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                                        35

                                                        まとめ

                                                        深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                                                        磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                                                        36

                                                        観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                                                        光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                                                        今後の課題

                                                        複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                                                        黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                                                        パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                                                        輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                                                        37

                                                        FinThank you for your attention

                                                        1 Introduction

                                                        39

                                                        2 Previous 2D Works

                                                        40

                                                        3 3D Calculation

                                                        41

                                                        4 Summary and Future Works

                                                        42

                                                        4 What to Study in HAO

                                                        43

                                                        What to Study in HAO

                                                        Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                                        Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                                        Others Interaction between emerging flux and the convection

                                                        44

                                                        2-4 2D Parameter Study

                                                        45

                                                        Parameter Study

                                                        Varying

                                                        Field strength BX

                                                        Total flux Φ

                                                        to study the condition of the flux emergence

                                                        Total flux Φ

                                                        Field strength BX

                                                        46

                                                        Parameter Study

                                                        two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                                        dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                        47

                                                        Parameter Study

                                                        Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                                        48

                                                        Parameter Study BX-Φ too strong

                                                        49

                                                        Density field lines and velocity vectors

                                                        Parameter Study

                                                        Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                                        50

                                                        Parameter Survey

                                                        Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                                        51

                                                        Parameter Survey

                                                        times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                        52

                                                        Parameter Survey BX-Φ weak

                                                        53

                                                        Density field lines and velocity vectors

                                                        Parameter Survey

                                                        times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                        54

                                                        Parameter Survey BX-Φ weak

                                                        55

                                                        Density field lines and velocity vectors

                                                        Parameter Study

                                                        Varying

                                                        Field strength BX

                                                        Initial twist q

                                                        to study the condition of the flux emergence

                                                        Initial twist q

                                                        Field strength BX

                                                        56

                                                        Parameter Study

                                                        Varying axial field strength BX

                                                        57

                                                        Parameter Study typical case

                                                        Varying axial field strength BX

                                                        58

                                                        59

                                                        Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                        Parameter Study typical case

                                                        Parameter Study BX strong

                                                        Varying axial field strength BX

                                                        60

                                                        61

                                                        Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                        Parameter Study BX strong

                                                        Parameter Study BX weak

                                                        Varying axial field strength BX

                                                        62

                                                        63

                                                        Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                        Parameter Study BX weak

                                                        Parameter Study

                                                        Varying initial twist q

                                                        64

                                                        Parameter Study q weak

                                                        Varying initial twist q

                                                        65

                                                        66

                                                        Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                        Parameter Study q weak

                                                        3-1 Setup and Results

                                                        67

                                                        Setup

                                                        Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                        qH0=01 case rarr

                                                        68

                                                        rqrBrB x

                                                        2

                                                        tube

                                                        2

                                                        tube expR

                                                        rBrBx

                                                        3-2 Summary of 3D Work

                                                        69

                                                        Appendix

                                                        70

                                                        Active Regions and Emerging Flux

                                                        71

                                                        North Pole

                                                        Equator

                                                        Convection Zone

                                                        Radiative Zone

                                                        Core

                                                        Zwaan (1985)

                                                        Active Regions and Emerging Flux

                                                        Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                        (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                        72

                                                        North Pole

                                                        Equator

                                                        Convection Zone

                                                        Radiative Zone

                                                        Core

                                                        2-1 2D calculations

                                                        73

                                                        Apex of the Emerging Loop

                                                        Height Zapex

                                                        Rise Velocity VZapex

                                                        Surfacerarr

                                                        74

                                                        -20000 kmrarr

                                                        Axial Calculation Results

                                                        Magneticflux

                                                        Accumulateddensity

                                                        Magneticflux

                                                        Accumulateddensity

                                                        Accumulateddensity

                                                        Magneticflux

                                                        Deceleration near the Surface

                                                        Accumulated density

                                                        75

                                                        0 t

                                                        2-2 Cross-sectional Calculation

                                                        76

                                                        2-3 Summary of 2D Works

                                                        77

                                                        2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                        78

                                                        Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                        79

                                                        Results qH0=015 (slow two-step)

                                                        80

                                                        Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                        81

                                                        Results qH0=015 (slow two-step)

                                                        Logarithmic density

                                                        Summary of 3D Work

                                                        Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                        Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                        82

                                                        Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                        decelerates and

                                                        expands horizontally

                                                        Otsuji et al (2010)83

                                                        Observation

                                                        Results qH0=005 (failed)

                                                        84

                                                        Results

                                                        Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                        85

                                                        q large

                                                        q small

                                                        Results

                                                        Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                        86

                                                        Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                        Results

                                                        Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                        87

                                                        Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                        Results

                                                        Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                        q large obeys the initial

                                                        q2 law because the tube

                                                        keeps its coherency q small Emag increases

                                                        because it takes more time

                                                        to emerge to the corona

                                                        and Emag is stored in the

                                                        photospheric tongue 88

                                                        dVB

                                                        Ez

                                                        0

                                                        2

                                                        mag 8

                                                        Results

                                                        Cross-section when

                                                        the apex reaches zH0=40

                                                        89

                                                        Large-scale 3D calculation

                                                        Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                        90

                                                        Large-scale 3D calculation

                                                        Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                        91

                                                        Large-scale 3D calculation

                                                        Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                        92

                                                        Observation

                                                        Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                        decelerates and

                                                        expands horizontally

                                                        Otsuji et al (2010)93

                                                        イントロダクション

                                                        ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                        考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                        (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                        94

                                                        数値モデル

                                                        初期磁束管 exp型分布

                                                        ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                        磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                        磁束管の内部圧力を

                                                          と表すこのとき force balance

                                                         が保たれるよう

                                                         とする

                                                        rqrBrB x

                                                        2

                                                        tube

                                                        2

                                                        tube expR

                                                        rBrBx

                                                        r

                                                        BBB

                                                        dr

                                                        d

                                                        dr

                                                        dp x

                                                        48

                                                        222

                                                        exc

                                                        222

                                                        tube2exc 1

                                                        28

                                                        1xBr

                                                        Rqp

                                                        rpzpzyp excsi

                                                        B

                                                        x

                                                        r

                                                        B

                                                        BX

                                                        2πr

                                                        95

                                                        議論とまとめ

                                                        結果の比較

                                                        物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                        初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                        総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                        初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                        磁束管の半径 1000 km

                                                        初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                        1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                        減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                        96

                                                        断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                        議論とまとめ

                                                        3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                        軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                        総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                        考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                        倍 )

                                                        将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                        97

                                                        1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                        太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                        太陽と磁場

                                                        Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                        98

                                                        活動領域と浮上磁場

                                                        活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                        磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                        太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                        Zwaan (1985)

                                                        Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                        99

                                                        磁気浮力と Parker 不安定性

                                                        磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                        る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                        Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                        内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                        外圧 Pe

                                                        ggf ieb )(

                                                        100

                                                        活動領域と浮上磁場

                                                        AR 10926

                                                        101

                                                        磁束浮上シミュレーション

                                                        磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                        102

                                                        対流層内部における近似計算

                                                        ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                        た 細管近似

                                                        対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                        物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                        Caligari et al (1995)

                                                        103

                                                        対流層内部における近似計算

                                                        非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                        大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                        中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                        Fan (2001a)104

                                                        対流層内部における近似計算 (22)

                                                        しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                        細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                        したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                        105

                                                        浮上磁場シミュレーション

                                                        光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                        的にコロナへ浮上

                                                        対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                        Shibata et al (1989) 106

                                                        光球付近での減速機構

                                                        光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                        Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                        Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                        Magara (2001)

                                                        107

                                                        本研究の目的 (12)

                                                        上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                        しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                        対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                        しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                        したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                        108

                                                        本研究の目的 (22)

                                                        そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                        対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                        典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                        典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                        本研究の目的

                                                        減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                        2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                        典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                        典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                        数値モデル

                                                        初期条件

                                                        xH-400 0 400

                                                        zH

                                                        200

                                                        100

                                                        -200

                                                        -100

                                                        NX timesNZ

                                                        =1536times1920

                                                        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                        磁束の厚さD = 1000 km

                                                        磁束の深さ -20000 km

                                                        光球 (等温 ) = 対流安定

                                                        111

                                                        LX = 16 万 km

                                                        LZ = 8 万 km

                                                        数値モデル (22)

                                                        対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                        無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                        速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                        時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                        密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                        圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                        温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                        磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                        数値モデル (23)

                                                        初期条件 (z 方向分布 )

                                                        磁場BX

                                                        密度ρ

                                                        圧力 p

                                                        温度 T

                                                        対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                        113

                                                        数値モデル (24)

                                                        境界条件

                                                        -400 0 400

                                                        200

                                                        100

                                                        -200

                                                        -100

                                                        周期境界 対称境界

                                                        減衰領域

                                                        x H0

                                                        z H0

                                                        114

                                                        数値モデル (14)

                                                        初期条件

                                                        x H0

                                                        -400 0 400

                                                        z H0

                                                        200

                                                        100

                                                        -200

                                                        -100

                                                        NZ=1920

                                                        NX=1536

                                                        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                        width D

                                                        z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                        115

                                                        減速の物理 (34)

                                                        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                        116

                                                        減速の物理 (34)

                                                        磁束シート上のプラズマ

                                                        シート上にプラズマが蓄積する

                                                        磁束シートの浮上

                                                        磁束シートが平らになる

                                                        減速

                                                        117

                                                        光球付近における減速

                                                        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                        磁場

                                                        密度差

                                                        磁場

                                                        密度差密度差

                                                        磁場

                                                        118

                                                        5 パラメータ研究

                                                        119

                                                        パラメータ研究 (111)

                                                        磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                        総磁束量 Φ

                                                        を変えた計算を行った

                                                        総磁束量 Φ

                                                        磁場強度 BX

                                                        120

                                                        パラメータ研究 (211)

                                                        2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                        点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                        121

                                                        パラメータ研究 (311)

                                                        減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                        122

                                                        パラメータ研究 (511)

                                                        2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                        123

                                                        パラメータ研究 (611)

                                                        2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                        124

                                                        パラメータ研究 (711)

                                                        times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                        125

                                                        パラメータ研究 (811)

                                                        密度磁力線速度場126

                                                        パラメータ研究 (911)

                                                        対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                        EmagEkin lt 1

                                                        127

                                                        パラメータ研究 (1011)

                                                        times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                        軸方向計算のまとめ

                                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                        減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                        129

                                                        断面方向計算のまとめ

                                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                        減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                        130

                                                        Resistive Emergence Model

                                                        Pariat et al (2004) Model established through

                                                        observations Isobe et al (2007)

                                                        2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                        3D simulations131

                                                        Preceding Studies(13)

                                                        Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                        force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                        that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                        132

                                                        Preceding Studies(23)

                                                        Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                        persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                        133

                                                        Preceding Studies(33)

                                                        Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                        gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                        Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                        zzz pF BJg

                                                        134

                                                        Parameter Survey and Discussion (99)

                                                        135

                                                        Parameter Survey and Discussion (89)

                                                        Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                        magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                         rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                         rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                         rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                        Moreno-Insertis et al (1995)

                                                        136

                                                        3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                        137

                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                        Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                        138

                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                        Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                        twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                        139

                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                        Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                        emerged

                                                        q large direct emergence without a tongue

                                                        q small two-step emergence with a tongue

                                                        140

                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                        Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                        141

                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                        Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                        Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                        142

                                                        Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                        Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                        Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                        Radius Rtube 5 25

                                                        Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                        Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                        Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                        Result Every q emerged q=01 failed

                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                        Miyagoshi et al Initial condition

                                                        plasma β = P Pmag lt 1

                                                        at the tube top Strong tubehellip

                                                        143

                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                        Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                        on the initial twist q

                                                        q large direct emergence

                                                          Emag increases with q q small two-step emergence

                                                          Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                        144

                                                        dVB

                                                        E corona

                                                        2

                                                        mag 8

                                                        Setup and Results

                                                        Conditions

                                                        q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                        145

                                                        Our case Murray et al (2006)

                                                        Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                        Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                        Radius Rtube 25 25

                                                        Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                        Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                        Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                        Result qlt01 failed q=01 failed

                                                        セットアップと計算結果

                                                        結果 (x=0)

                                                        146

                                                        セットアップと計算結果

                                                        結果 (y=0)

                                                        147

                                                        • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                        • 内容
                                                        • 内容 (2)
                                                        • 太陽活動と磁場
                                                        • 活動領域と浮上磁場
                                                        • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                        • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                        • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                        • 先行研究の概観
                                                        • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                        • 本研究の目的
                                                        • 内容 (3)
                                                        • 2次元計算2つのモード
                                                        • 内容 (4)
                                                        • 2次元軸方向計算
                                                        • Slide 16
                                                        • 光球付近における減速
                                                        • パラメータ研究
                                                        • 内容 (5)
                                                        • 25次元断面方向計算
                                                        • Slide 21
                                                        • パラメータ研究 (2)
                                                        • 2次元計算のまとめ
                                                        • 内容 (6)
                                                        • 3次元浮上磁場計算
                                                        • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                        • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                        • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                        • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                        • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                        • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                        • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                        • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                        • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                        • 内容 (7)
                                                        • まとめ
                                                        • 今後の課題
                                                        • Fin
                                                        • 1 Introduction
                                                        • 2 Previous 2D Works
                                                        • 3 3D Calculation
                                                        • 4 Summary and Future Works
                                                        • 4 What to Study in HAO
                                                        • What to Study in HAO
                                                        • 2-4 2D Parameter Study
                                                        • Parameter Study
                                                        • Parameter Study (2)
                                                        • Parameter Study (3)
                                                        • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                        • Parameter Study (4)
                                                        • Parameter Survey
                                                        • Parameter Survey (2)
                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                        • Parameter Survey (3)
                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                        • Parameter Study (5)
                                                        • Parameter Study (6)
                                                        • Parameter Study typical case
                                                        • Slide 59
                                                        • Parameter Study BX strong
                                                        • Slide 61
                                                        • Parameter Study BX weak
                                                        • Slide 63
                                                        • Parameter Study (7)
                                                        • Parameter Study q weak
                                                        • Slide 66
                                                        • 3-1 Setup and Results
                                                        • Setup
                                                        • 3-2 Summary of 3D Work
                                                        • Appendix
                                                        • Active Regions and Emerging Flux
                                                        • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                        • 2-1 2D calculations
                                                        • Slide 74
                                                        • Deceleration near the Surface
                                                        • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                        • 2-3 Summary of 2D Works
                                                        • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                        • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                        • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                        • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                        • Summary of 3D Work
                                                        • Observation
                                                        • Results qH0=005 (failed)
                                                        • Results
                                                        • Results (2)
                                                        • Results (3)
                                                        • Results (4)
                                                        • Results (5)
                                                        • Large-scale 3D calculation
                                                        • Large-scale 3D calculation (2)
                                                        • Large-scale 3D calculation (3)
                                                        • Observation (2)
                                                        • イントロダクション
                                                        • 数値モデル
                                                        • 議論とまとめ
                                                        • 議論とまとめ (2)
                                                        • 太陽と磁場
                                                        • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                        • 磁気浮力とParker不安定性
                                                        • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                        • 磁束浮上シミュレーション
                                                        • 対流層内部における近似計算
                                                        • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                        • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                        • 浮上磁場シミュレーション
                                                        • 光球付近での減速機構
                                                        • 本研究の目的 (12)
                                                        • 本研究の目的 (22)
                                                        • 本研究の目的 (4)
                                                        • 数値モデル (2)
                                                        • 数値モデル (22)
                                                        • 数値モデル (23)
                                                        • 数値モデル (24)
                                                        • 数値モデル (14)
                                                        • 減速の物理 (34)
                                                        • 減速の物理 (34) (2)
                                                        • 光球付近における減速 (2)
                                                        • 5 パラメータ研究
                                                        • パラメータ研究 (111)
                                                        • パラメータ研究 (211)
                                                        • パラメータ研究 (311)
                                                        • パラメータ研究 (511)
                                                        • パラメータ研究 (611)
                                                        • パラメータ研究 (711)
                                                        • パラメータ研究 (811)
                                                        • パラメータ研究 (911)
                                                        • パラメータ研究 (1011)
                                                        • 軸方向計算のまとめ
                                                        • 断面方向計算のまとめ
                                                        • Resistive Emergence Model
                                                        • Preceding Studies(13)
                                                        • Preceding Studies(23)
                                                        • Preceding Studies(33)
                                                        • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                        • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                        • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                        • Introduction of Miyagoshi et al
                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                        • Setup and Results
                                                        • セットアップと計算結果
                                                        • セットアップと計算結果 (2)

                                                          3 次元浮上磁場計算

                                                          光球面磁場 BZB0 と磁力線

                                                          29

                                                          bull磁気要素の分裂シア運動が見られるbull磁力線は磁気要素を結合している

                                                          3 次元浮上磁場計算

                                                          結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

                                                          30

                                                          3 次元浮上磁場計算

                                                          議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

                                                          された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

                                                          される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

                                                          ているようではない

                                                          31

                                                          Zwaan (1985)

                                                          3 次元浮上磁場計算

                                                          議論 光球面で「交換モード不安定」によ

                                                          る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

                                                          32Strous amp Zwaan (1999)

                                                          3 次元浮上磁場計算

                                                          議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

                                                          が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

                                                          33

                                                          3 次元浮上磁場計算

                                                          議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

                                                          浮上するとフットポイントが移動する

                                                          34

                                                          Outer fields Inner fields

                                                          内容

                                                          1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                                          1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                                          3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                                          35

                                                          まとめ

                                                          深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                                                          磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                                                          36

                                                          観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                                                          光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                                                          今後の課題

                                                          複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                                                          黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                                                          パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                                                          輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                                                          37

                                                          FinThank you for your attention

                                                          1 Introduction

                                                          39

                                                          2 Previous 2D Works

                                                          40

                                                          3 3D Calculation

                                                          41

                                                          4 Summary and Future Works

                                                          42

                                                          4 What to Study in HAO

                                                          43

                                                          What to Study in HAO

                                                          Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                                          Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                                          Others Interaction between emerging flux and the convection

                                                          44

                                                          2-4 2D Parameter Study

                                                          45

                                                          Parameter Study

                                                          Varying

                                                          Field strength BX

                                                          Total flux Φ

                                                          to study the condition of the flux emergence

                                                          Total flux Φ

                                                          Field strength BX

                                                          46

                                                          Parameter Study

                                                          two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                                          dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                          47

                                                          Parameter Study

                                                          Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                                          48

                                                          Parameter Study BX-Φ too strong

                                                          49

                                                          Density field lines and velocity vectors

                                                          Parameter Study

                                                          Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                                          50

                                                          Parameter Survey

                                                          Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                                          51

                                                          Parameter Survey

                                                          times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                          52

                                                          Parameter Survey BX-Φ weak

                                                          53

                                                          Density field lines and velocity vectors

                                                          Parameter Survey

                                                          times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                          54

                                                          Parameter Survey BX-Φ weak

                                                          55

                                                          Density field lines and velocity vectors

                                                          Parameter Study

                                                          Varying

                                                          Field strength BX

                                                          Initial twist q

                                                          to study the condition of the flux emergence

                                                          Initial twist q

                                                          Field strength BX

                                                          56

                                                          Parameter Study

                                                          Varying axial field strength BX

                                                          57

                                                          Parameter Study typical case

                                                          Varying axial field strength BX

                                                          58

                                                          59

                                                          Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                          Parameter Study typical case

                                                          Parameter Study BX strong

                                                          Varying axial field strength BX

                                                          60

                                                          61

                                                          Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                          Parameter Study BX strong

                                                          Parameter Study BX weak

                                                          Varying axial field strength BX

                                                          62

                                                          63

                                                          Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                          Parameter Study BX weak

                                                          Parameter Study

                                                          Varying initial twist q

                                                          64

                                                          Parameter Study q weak

                                                          Varying initial twist q

                                                          65

                                                          66

                                                          Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                          Parameter Study q weak

                                                          3-1 Setup and Results

                                                          67

                                                          Setup

                                                          Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                          qH0=01 case rarr

                                                          68

                                                          rqrBrB x

                                                          2

                                                          tube

                                                          2

                                                          tube expR

                                                          rBrBx

                                                          3-2 Summary of 3D Work

                                                          69

                                                          Appendix

                                                          70

                                                          Active Regions and Emerging Flux

                                                          71

                                                          North Pole

                                                          Equator

                                                          Convection Zone

                                                          Radiative Zone

                                                          Core

                                                          Zwaan (1985)

                                                          Active Regions and Emerging Flux

                                                          Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                          (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                          72

                                                          North Pole

                                                          Equator

                                                          Convection Zone

                                                          Radiative Zone

                                                          Core

                                                          2-1 2D calculations

                                                          73

                                                          Apex of the Emerging Loop

                                                          Height Zapex

                                                          Rise Velocity VZapex

                                                          Surfacerarr

                                                          74

                                                          -20000 kmrarr

                                                          Axial Calculation Results

                                                          Magneticflux

                                                          Accumulateddensity

                                                          Magneticflux

                                                          Accumulateddensity

                                                          Accumulateddensity

                                                          Magneticflux

                                                          Deceleration near the Surface

                                                          Accumulated density

                                                          75

                                                          0 t

                                                          2-2 Cross-sectional Calculation

                                                          76

                                                          2-3 Summary of 2D Works

                                                          77

                                                          2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                          78

                                                          Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                          79

                                                          Results qH0=015 (slow two-step)

                                                          80

                                                          Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                          81

                                                          Results qH0=015 (slow two-step)

                                                          Logarithmic density

                                                          Summary of 3D Work

                                                          Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                          Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                          82

                                                          Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                          decelerates and

                                                          expands horizontally

                                                          Otsuji et al (2010)83

                                                          Observation

                                                          Results qH0=005 (failed)

                                                          84

                                                          Results

                                                          Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                          85

                                                          q large

                                                          q small

                                                          Results

                                                          Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                          86

                                                          Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                          Results

                                                          Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                          87

                                                          Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                          Results

                                                          Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                          q large obeys the initial

                                                          q2 law because the tube

                                                          keeps its coherency q small Emag increases

                                                          because it takes more time

                                                          to emerge to the corona

                                                          and Emag is stored in the

                                                          photospheric tongue 88

                                                          dVB

                                                          Ez

                                                          0

                                                          2

                                                          mag 8

                                                          Results

                                                          Cross-section when

                                                          the apex reaches zH0=40

                                                          89

                                                          Large-scale 3D calculation

                                                          Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                          90

                                                          Large-scale 3D calculation

                                                          Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                          91

                                                          Large-scale 3D calculation

                                                          Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                          92

                                                          Observation

                                                          Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                          decelerates and

                                                          expands horizontally

                                                          Otsuji et al (2010)93

                                                          イントロダクション

                                                          ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                          考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                          (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                          94

                                                          数値モデル

                                                          初期磁束管 exp型分布

                                                          ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                          磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                          磁束管の内部圧力を

                                                            と表すこのとき force balance

                                                           が保たれるよう

                                                           とする

                                                          rqrBrB x

                                                          2

                                                          tube

                                                          2

                                                          tube expR

                                                          rBrBx

                                                          r

                                                          BBB

                                                          dr

                                                          d

                                                          dr

                                                          dp x

                                                          48

                                                          222

                                                          exc

                                                          222

                                                          tube2exc 1

                                                          28

                                                          1xBr

                                                          Rqp

                                                          rpzpzyp excsi

                                                          B

                                                          x

                                                          r

                                                          B

                                                          BX

                                                          2πr

                                                          95

                                                          議論とまとめ

                                                          結果の比較

                                                          物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                          初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                          総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                          初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                          磁束管の半径 1000 km

                                                          初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                          1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                          減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                          96

                                                          断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                          議論とまとめ

                                                          3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                          軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                          総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                          考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                          倍 )

                                                          将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                          97

                                                          1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                          太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                          太陽と磁場

                                                          Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                          98

                                                          活動領域と浮上磁場

                                                          活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                          磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                          太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                          Zwaan (1985)

                                                          Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                          99

                                                          磁気浮力と Parker 不安定性

                                                          磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                          る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                          Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                          内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                          外圧 Pe

                                                          ggf ieb )(

                                                          100

                                                          活動領域と浮上磁場

                                                          AR 10926

                                                          101

                                                          磁束浮上シミュレーション

                                                          磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                          102

                                                          対流層内部における近似計算

                                                          ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                          た 細管近似

                                                          対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                          物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                          Caligari et al (1995)

                                                          103

                                                          対流層内部における近似計算

                                                          非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                          大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                          中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                          Fan (2001a)104

                                                          対流層内部における近似計算 (22)

                                                          しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                          細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                          したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                          105

                                                          浮上磁場シミュレーション

                                                          光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                          的にコロナへ浮上

                                                          対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                          Shibata et al (1989) 106

                                                          光球付近での減速機構

                                                          光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                          Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                          Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                          Magara (2001)

                                                          107

                                                          本研究の目的 (12)

                                                          上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                          しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                          対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                          しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                          したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                          108

                                                          本研究の目的 (22)

                                                          そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                          対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                          典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                          典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                          本研究の目的

                                                          減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                          2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                          典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                          典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                          数値モデル

                                                          初期条件

                                                          xH-400 0 400

                                                          zH

                                                          200

                                                          100

                                                          -200

                                                          -100

                                                          NX timesNZ

                                                          =1536times1920

                                                          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                          磁束の厚さD = 1000 km

                                                          磁束の深さ -20000 km

                                                          光球 (等温 ) = 対流安定

                                                          111

                                                          LX = 16 万 km

                                                          LZ = 8 万 km

                                                          数値モデル (22)

                                                          対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                          無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                          速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                          時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                          密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                          圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                          温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                          磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                          数値モデル (23)

                                                          初期条件 (z 方向分布 )

                                                          磁場BX

                                                          密度ρ

                                                          圧力 p

                                                          温度 T

                                                          対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                          113

                                                          数値モデル (24)

                                                          境界条件

                                                          -400 0 400

                                                          200

                                                          100

                                                          -200

                                                          -100

                                                          周期境界 対称境界

                                                          減衰領域

                                                          x H0

                                                          z H0

                                                          114

                                                          数値モデル (14)

                                                          初期条件

                                                          x H0

                                                          -400 0 400

                                                          z H0

                                                          200

                                                          100

                                                          -200

                                                          -100

                                                          NZ=1920

                                                          NX=1536

                                                          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                          width D

                                                          z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                          115

                                                          減速の物理 (34)

                                                          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                          116

                                                          減速の物理 (34)

                                                          磁束シート上のプラズマ

                                                          シート上にプラズマが蓄積する

                                                          磁束シートの浮上

                                                          磁束シートが平らになる

                                                          減速

                                                          117

                                                          光球付近における減速

                                                          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                          磁場

                                                          密度差

                                                          磁場

                                                          密度差密度差

                                                          磁場

                                                          118

                                                          5 パラメータ研究

                                                          119

                                                          パラメータ研究 (111)

                                                          磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                          総磁束量 Φ

                                                          を変えた計算を行った

                                                          総磁束量 Φ

                                                          磁場強度 BX

                                                          120

                                                          パラメータ研究 (211)

                                                          2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                          点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                          121

                                                          パラメータ研究 (311)

                                                          減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                          122

                                                          パラメータ研究 (511)

                                                          2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                          123

                                                          パラメータ研究 (611)

                                                          2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                          124

                                                          パラメータ研究 (711)

                                                          times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                          125

                                                          パラメータ研究 (811)

                                                          密度磁力線速度場126

                                                          パラメータ研究 (911)

                                                          対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                          EmagEkin lt 1

                                                          127

                                                          パラメータ研究 (1011)

                                                          times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                          軸方向計算のまとめ

                                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                          減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                          129

                                                          断面方向計算のまとめ

                                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                          減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                          130

                                                          Resistive Emergence Model

                                                          Pariat et al (2004) Model established through

                                                          observations Isobe et al (2007)

                                                          2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                          3D simulations131

                                                          Preceding Studies(13)

                                                          Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                          force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                          that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                          132

                                                          Preceding Studies(23)

                                                          Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                          persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                          133

                                                          Preceding Studies(33)

                                                          Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                          gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                          Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                          zzz pF BJg

                                                          134

                                                          Parameter Survey and Discussion (99)

                                                          135

                                                          Parameter Survey and Discussion (89)

                                                          Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                          magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                           rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                           rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                           rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                          Moreno-Insertis et al (1995)

                                                          136

                                                          3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                          137

                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                          Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                          138

                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                          Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                          twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                          139

                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                          Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                          emerged

                                                          q large direct emergence without a tongue

                                                          q small two-step emergence with a tongue

                                                          140

                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                          Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                          141

                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                          Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                          Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                          142

                                                          Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                          Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                          Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                          Radius Rtube 5 25

                                                          Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                          Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                          Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                          Result Every q emerged q=01 failed

                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                          Miyagoshi et al Initial condition

                                                          plasma β = P Pmag lt 1

                                                          at the tube top Strong tubehellip

                                                          143

                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                          Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                          on the initial twist q

                                                          q large direct emergence

                                                            Emag increases with q q small two-step emergence

                                                            Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                          144

                                                          dVB

                                                          E corona

                                                          2

                                                          mag 8

                                                          Setup and Results

                                                          Conditions

                                                          q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                          145

                                                          Our case Murray et al (2006)

                                                          Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                          Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                          Radius Rtube 25 25

                                                          Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                          Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                          Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                          Result qlt01 failed q=01 failed

                                                          セットアップと計算結果

                                                          結果 (x=0)

                                                          146

                                                          セットアップと計算結果

                                                          結果 (y=0)

                                                          147

                                                          • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                          • 内容
                                                          • 内容 (2)
                                                          • 太陽活動と磁場
                                                          • 活動領域と浮上磁場
                                                          • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                          • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                          • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                          • 先行研究の概観
                                                          • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                          • 本研究の目的
                                                          • 内容 (3)
                                                          • 2次元計算2つのモード
                                                          • 内容 (4)
                                                          • 2次元軸方向計算
                                                          • Slide 16
                                                          • 光球付近における減速
                                                          • パラメータ研究
                                                          • 内容 (5)
                                                          • 25次元断面方向計算
                                                          • Slide 21
                                                          • パラメータ研究 (2)
                                                          • 2次元計算のまとめ
                                                          • 内容 (6)
                                                          • 3次元浮上磁場計算
                                                          • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                          • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                          • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                          • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                          • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                          • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                          • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                          • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                          • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                          • 内容 (7)
                                                          • まとめ
                                                          • 今後の課題
                                                          • Fin
                                                          • 1 Introduction
                                                          • 2 Previous 2D Works
                                                          • 3 3D Calculation
                                                          • 4 Summary and Future Works
                                                          • 4 What to Study in HAO
                                                          • What to Study in HAO
                                                          • 2-4 2D Parameter Study
                                                          • Parameter Study
                                                          • Parameter Study (2)
                                                          • Parameter Study (3)
                                                          • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                          • Parameter Study (4)
                                                          • Parameter Survey
                                                          • Parameter Survey (2)
                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                          • Parameter Survey (3)
                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                          • Parameter Study (5)
                                                          • Parameter Study (6)
                                                          • Parameter Study typical case
                                                          • Slide 59
                                                          • Parameter Study BX strong
                                                          • Slide 61
                                                          • Parameter Study BX weak
                                                          • Slide 63
                                                          • Parameter Study (7)
                                                          • Parameter Study q weak
                                                          • Slide 66
                                                          • 3-1 Setup and Results
                                                          • Setup
                                                          • 3-2 Summary of 3D Work
                                                          • Appendix
                                                          • Active Regions and Emerging Flux
                                                          • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                          • 2-1 2D calculations
                                                          • Slide 74
                                                          • Deceleration near the Surface
                                                          • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                          • 2-3 Summary of 2D Works
                                                          • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                          • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                          • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                          • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                          • Summary of 3D Work
                                                          • Observation
                                                          • Results qH0=005 (failed)
                                                          • Results
                                                          • Results (2)
                                                          • Results (3)
                                                          • Results (4)
                                                          • Results (5)
                                                          • Large-scale 3D calculation
                                                          • Large-scale 3D calculation (2)
                                                          • Large-scale 3D calculation (3)
                                                          • Observation (2)
                                                          • イントロダクション
                                                          • 数値モデル
                                                          • 議論とまとめ
                                                          • 議論とまとめ (2)
                                                          • 太陽と磁場
                                                          • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                          • 磁気浮力とParker不安定性
                                                          • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                          • 磁束浮上シミュレーション
                                                          • 対流層内部における近似計算
                                                          • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                          • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                          • 浮上磁場シミュレーション
                                                          • 光球付近での減速機構
                                                          • 本研究の目的 (12)
                                                          • 本研究の目的 (22)
                                                          • 本研究の目的 (4)
                                                          • 数値モデル (2)
                                                          • 数値モデル (22)
                                                          • 数値モデル (23)
                                                          • 数値モデル (24)
                                                          • 数値モデル (14)
                                                          • 減速の物理 (34)
                                                          • 減速の物理 (34) (2)
                                                          • 光球付近における減速 (2)
                                                          • 5 パラメータ研究
                                                          • パラメータ研究 (111)
                                                          • パラメータ研究 (211)
                                                          • パラメータ研究 (311)
                                                          • パラメータ研究 (511)
                                                          • パラメータ研究 (611)
                                                          • パラメータ研究 (711)
                                                          • パラメータ研究 (811)
                                                          • パラメータ研究 (911)
                                                          • パラメータ研究 (1011)
                                                          • 軸方向計算のまとめ
                                                          • 断面方向計算のまとめ
                                                          • Resistive Emergence Model
                                                          • Preceding Studies(13)
                                                          • Preceding Studies(23)
                                                          • Preceding Studies(33)
                                                          • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                          • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                          • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                          • Introduction of Miyagoshi et al
                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                          • Setup and Results
                                                          • セットアップと計算結果
                                                          • セットアップと計算結果 (2)

                                                            3 次元浮上磁場計算

                                                            結果のまとめ 磁束管は対流層を浮上する 対流層内部で減速が生じる 光球付近で平らな構造を形成する rarr これまでの 2 次元計算と一致 上空に複数の磁気ドームが形成される (しかしあまり大きくは成長しなかった) rarr 交換モード不安定による浮上

                                                            30

                                                            3 次元浮上磁場計算

                                                            議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

                                                            された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

                                                            される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

                                                            ているようではない

                                                            31

                                                            Zwaan (1985)

                                                            3 次元浮上磁場計算

                                                            議論 光球面で「交換モード不安定」によ

                                                            る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

                                                            32Strous amp Zwaan (1999)

                                                            3 次元浮上磁場計算

                                                            議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

                                                            が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

                                                            33

                                                            3 次元浮上磁場計算

                                                            議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

                                                            浮上するとフットポイントが移動する

                                                            34

                                                            Outer fields Inner fields

                                                            内容

                                                            1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                                            1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                                            3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                                            35

                                                            まとめ

                                                            深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                                                            磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                                                            36

                                                            観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                                                            光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                                                            今後の課題

                                                            複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                                                            黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                                                            パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                                                            輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                                                            37

                                                            FinThank you for your attention

                                                            1 Introduction

                                                            39

                                                            2 Previous 2D Works

                                                            40

                                                            3 3D Calculation

                                                            41

                                                            4 Summary and Future Works

                                                            42

                                                            4 What to Study in HAO

                                                            43

                                                            What to Study in HAO

                                                            Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                                            Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                                            Others Interaction between emerging flux and the convection

                                                            44

                                                            2-4 2D Parameter Study

                                                            45

                                                            Parameter Study

                                                            Varying

                                                            Field strength BX

                                                            Total flux Φ

                                                            to study the condition of the flux emergence

                                                            Total flux Φ

                                                            Field strength BX

                                                            46

                                                            Parameter Study

                                                            two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                                            dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                            47

                                                            Parameter Study

                                                            Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                                            48

                                                            Parameter Study BX-Φ too strong

                                                            49

                                                            Density field lines and velocity vectors

                                                            Parameter Study

                                                            Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                                            50

                                                            Parameter Survey

                                                            Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                                            51

                                                            Parameter Survey

                                                            times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                            52

                                                            Parameter Survey BX-Φ weak

                                                            53

                                                            Density field lines and velocity vectors

                                                            Parameter Survey

                                                            times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                            54

                                                            Parameter Survey BX-Φ weak

                                                            55

                                                            Density field lines and velocity vectors

                                                            Parameter Study

                                                            Varying

                                                            Field strength BX

                                                            Initial twist q

                                                            to study the condition of the flux emergence

                                                            Initial twist q

                                                            Field strength BX

                                                            56

                                                            Parameter Study

                                                            Varying axial field strength BX

                                                            57

                                                            Parameter Study typical case

                                                            Varying axial field strength BX

                                                            58

                                                            59

                                                            Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                            Parameter Study typical case

                                                            Parameter Study BX strong

                                                            Varying axial field strength BX

                                                            60

                                                            61

                                                            Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                            Parameter Study BX strong

                                                            Parameter Study BX weak

                                                            Varying axial field strength BX

                                                            62

                                                            63

                                                            Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                            Parameter Study BX weak

                                                            Parameter Study

                                                            Varying initial twist q

                                                            64

                                                            Parameter Study q weak

                                                            Varying initial twist q

                                                            65

                                                            66

                                                            Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                            Parameter Study q weak

                                                            3-1 Setup and Results

                                                            67

                                                            Setup

                                                            Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                            qH0=01 case rarr

                                                            68

                                                            rqrBrB x

                                                            2

                                                            tube

                                                            2

                                                            tube expR

                                                            rBrBx

                                                            3-2 Summary of 3D Work

                                                            69

                                                            Appendix

                                                            70

                                                            Active Regions and Emerging Flux

                                                            71

                                                            North Pole

                                                            Equator

                                                            Convection Zone

                                                            Radiative Zone

                                                            Core

                                                            Zwaan (1985)

                                                            Active Regions and Emerging Flux

                                                            Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                            (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                            72

                                                            North Pole

                                                            Equator

                                                            Convection Zone

                                                            Radiative Zone

                                                            Core

                                                            2-1 2D calculations

                                                            73

                                                            Apex of the Emerging Loop

                                                            Height Zapex

                                                            Rise Velocity VZapex

                                                            Surfacerarr

                                                            74

                                                            -20000 kmrarr

                                                            Axial Calculation Results

                                                            Magneticflux

                                                            Accumulateddensity

                                                            Magneticflux

                                                            Accumulateddensity

                                                            Accumulateddensity

                                                            Magneticflux

                                                            Deceleration near the Surface

                                                            Accumulated density

                                                            75

                                                            0 t

                                                            2-2 Cross-sectional Calculation

                                                            76

                                                            2-3 Summary of 2D Works

                                                            77

                                                            2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                            78

                                                            Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                            79

                                                            Results qH0=015 (slow two-step)

                                                            80

                                                            Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                            81

                                                            Results qH0=015 (slow two-step)

                                                            Logarithmic density

                                                            Summary of 3D Work

                                                            Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                            Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                            82

                                                            Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                            decelerates and

                                                            expands horizontally

                                                            Otsuji et al (2010)83

                                                            Observation

                                                            Results qH0=005 (failed)

                                                            84

                                                            Results

                                                            Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                            85

                                                            q large

                                                            q small

                                                            Results

                                                            Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                            86

                                                            Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                            Results

                                                            Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                            87

                                                            Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                            Results

                                                            Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                            q large obeys the initial

                                                            q2 law because the tube

                                                            keeps its coherency q small Emag increases

                                                            because it takes more time

                                                            to emerge to the corona

                                                            and Emag is stored in the

                                                            photospheric tongue 88

                                                            dVB

                                                            Ez

                                                            0

                                                            2

                                                            mag 8

                                                            Results

                                                            Cross-section when

                                                            the apex reaches zH0=40

                                                            89

                                                            Large-scale 3D calculation

                                                            Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                            90

                                                            Large-scale 3D calculation

                                                            Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                            91

                                                            Large-scale 3D calculation

                                                            Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                            92

                                                            Observation

                                                            Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                            decelerates and

                                                            expands horizontally

                                                            Otsuji et al (2010)93

                                                            イントロダクション

                                                            ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                            考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                            (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                            94

                                                            数値モデル

                                                            初期磁束管 exp型分布

                                                            ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                            磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                            磁束管の内部圧力を

                                                              と表すこのとき force balance

                                                             が保たれるよう

                                                             とする

                                                            rqrBrB x

                                                            2

                                                            tube

                                                            2

                                                            tube expR

                                                            rBrBx

                                                            r

                                                            BBB

                                                            dr

                                                            d

                                                            dr

                                                            dp x

                                                            48

                                                            222

                                                            exc

                                                            222

                                                            tube2exc 1

                                                            28

                                                            1xBr

                                                            Rqp

                                                            rpzpzyp excsi

                                                            B

                                                            x

                                                            r

                                                            B

                                                            BX

                                                            2πr

                                                            95

                                                            議論とまとめ

                                                            結果の比較

                                                            物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                            初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                            総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                            初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                            磁束管の半径 1000 km

                                                            初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                            1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                            減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                            96

                                                            断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                            議論とまとめ

                                                            3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                            軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                            総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                            考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                            倍 )

                                                            将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                            97

                                                            1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                            太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                            太陽と磁場

                                                            Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                            98

                                                            活動領域と浮上磁場

                                                            活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                            磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                            太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                            Zwaan (1985)

                                                            Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                            99

                                                            磁気浮力と Parker 不安定性

                                                            磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                            る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                            Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                            内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                            外圧 Pe

                                                            ggf ieb )(

                                                            100

                                                            活動領域と浮上磁場

                                                            AR 10926

                                                            101

                                                            磁束浮上シミュレーション

                                                            磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                            102

                                                            対流層内部における近似計算

                                                            ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                            た 細管近似

                                                            対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                            物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                            Caligari et al (1995)

                                                            103

                                                            対流層内部における近似計算

                                                            非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                            大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                            中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                            Fan (2001a)104

                                                            対流層内部における近似計算 (22)

                                                            しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                            細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                            したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                            105

                                                            浮上磁場シミュレーション

                                                            光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                            的にコロナへ浮上

                                                            対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                            Shibata et al (1989) 106

                                                            光球付近での減速機構

                                                            光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                            Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                            Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                            Magara (2001)

                                                            107

                                                            本研究の目的 (12)

                                                            上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                            しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                            対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                            しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                            したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                            108

                                                            本研究の目的 (22)

                                                            そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                            対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                            典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                            典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                            本研究の目的

                                                            減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                            2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                            典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                            典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                            数値モデル

                                                            初期条件

                                                            xH-400 0 400

                                                            zH

                                                            200

                                                            100

                                                            -200

                                                            -100

                                                            NX timesNZ

                                                            =1536times1920

                                                            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                            磁束の厚さD = 1000 km

                                                            磁束の深さ -20000 km

                                                            光球 (等温 ) = 対流安定

                                                            111

                                                            LX = 16 万 km

                                                            LZ = 8 万 km

                                                            数値モデル (22)

                                                            対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                            無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                            速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                            時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                            密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                            圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                            温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                            磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                            数値モデル (23)

                                                            初期条件 (z 方向分布 )

                                                            磁場BX

                                                            密度ρ

                                                            圧力 p

                                                            温度 T

                                                            対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                            113

                                                            数値モデル (24)

                                                            境界条件

                                                            -400 0 400

                                                            200

                                                            100

                                                            -200

                                                            -100

                                                            周期境界 対称境界

                                                            減衰領域

                                                            x H0

                                                            z H0

                                                            114

                                                            数値モデル (14)

                                                            初期条件

                                                            x H0

                                                            -400 0 400

                                                            z H0

                                                            200

                                                            100

                                                            -200

                                                            -100

                                                            NZ=1920

                                                            NX=1536

                                                            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                            width D

                                                            z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                            115

                                                            減速の物理 (34)

                                                            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                            116

                                                            減速の物理 (34)

                                                            磁束シート上のプラズマ

                                                            シート上にプラズマが蓄積する

                                                            磁束シートの浮上

                                                            磁束シートが平らになる

                                                            減速

                                                            117

                                                            光球付近における減速

                                                            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                            磁場

                                                            密度差

                                                            磁場

                                                            密度差密度差

                                                            磁場

                                                            118

                                                            5 パラメータ研究

                                                            119

                                                            パラメータ研究 (111)

                                                            磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                            総磁束量 Φ

                                                            を変えた計算を行った

                                                            総磁束量 Φ

                                                            磁場強度 BX

                                                            120

                                                            パラメータ研究 (211)

                                                            2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                            点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                            121

                                                            パラメータ研究 (311)

                                                            減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                            122

                                                            パラメータ研究 (511)

                                                            2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                            123

                                                            パラメータ研究 (611)

                                                            2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                            124

                                                            パラメータ研究 (711)

                                                            times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                            125

                                                            パラメータ研究 (811)

                                                            密度磁力線速度場126

                                                            パラメータ研究 (911)

                                                            対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                            EmagEkin lt 1

                                                            127

                                                            パラメータ研究 (1011)

                                                            times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                            軸方向計算のまとめ

                                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                            減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                            129

                                                            断面方向計算のまとめ

                                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                            減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                            130

                                                            Resistive Emergence Model

                                                            Pariat et al (2004) Model established through

                                                            observations Isobe et al (2007)

                                                            2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                            3D simulations131

                                                            Preceding Studies(13)

                                                            Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                            force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                            that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                            132

                                                            Preceding Studies(23)

                                                            Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                            persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                            133

                                                            Preceding Studies(33)

                                                            Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                            gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                            Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                            zzz pF BJg

                                                            134

                                                            Parameter Survey and Discussion (99)

                                                            135

                                                            Parameter Survey and Discussion (89)

                                                            Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                            magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                             rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                             rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                             rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                            Moreno-Insertis et al (1995)

                                                            136

                                                            3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                            137

                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                            Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                            138

                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                            Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                            twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                            139

                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                            Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                            emerged

                                                            q large direct emergence without a tongue

                                                            q small two-step emergence with a tongue

                                                            140

                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                            Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                            141

                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                            Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                            Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                            142

                                                            Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                            Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                            Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                            Radius Rtube 5 25

                                                            Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                            Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                            Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                            Result Every q emerged q=01 failed

                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                            Miyagoshi et al Initial condition

                                                            plasma β = P Pmag lt 1

                                                            at the tube top Strong tubehellip

                                                            143

                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                            Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                            on the initial twist q

                                                            q large direct emergence

                                                              Emag increases with q q small two-step emergence

                                                              Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                            144

                                                            dVB

                                                            E corona

                                                            2

                                                            mag 8

                                                            Setup and Results

                                                            Conditions

                                                            q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                            145

                                                            Our case Murray et al (2006)

                                                            Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                            Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                            Radius Rtube 25 25

                                                            Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                            Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                            Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                            Result qlt01 failed q=01 failed

                                                            セットアップと計算結果

                                                            結果 (x=0)

                                                            146

                                                            セットアップと計算結果

                                                            結果 (y=0)

                                                            147

                                                            • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                            • 内容
                                                            • 内容 (2)
                                                            • 太陽活動と磁場
                                                            • 活動領域と浮上磁場
                                                            • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                            • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                            • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                            • 先行研究の概観
                                                            • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                            • 本研究の目的
                                                            • 内容 (3)
                                                            • 2次元計算2つのモード
                                                            • 内容 (4)
                                                            • 2次元軸方向計算
                                                            • Slide 16
                                                            • 光球付近における減速
                                                            • パラメータ研究
                                                            • 内容 (5)
                                                            • 25次元断面方向計算
                                                            • Slide 21
                                                            • パラメータ研究 (2)
                                                            • 2次元計算のまとめ
                                                            • 内容 (6)
                                                            • 3次元浮上磁場計算
                                                            • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                            • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                            • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                            • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                            • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                            • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                            • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                            • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                            • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                            • 内容 (7)
                                                            • まとめ
                                                            • 今後の課題
                                                            • Fin
                                                            • 1 Introduction
                                                            • 2 Previous 2D Works
                                                            • 3 3D Calculation
                                                            • 4 Summary and Future Works
                                                            • 4 What to Study in HAO
                                                            • What to Study in HAO
                                                            • 2-4 2D Parameter Study
                                                            • Parameter Study
                                                            • Parameter Study (2)
                                                            • Parameter Study (3)
                                                            • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                            • Parameter Study (4)
                                                            • Parameter Survey
                                                            • Parameter Survey (2)
                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                            • Parameter Survey (3)
                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                            • Parameter Study (5)
                                                            • Parameter Study (6)
                                                            • Parameter Study typical case
                                                            • Slide 59
                                                            • Parameter Study BX strong
                                                            • Slide 61
                                                            • Parameter Study BX weak
                                                            • Slide 63
                                                            • Parameter Study (7)
                                                            • Parameter Study q weak
                                                            • Slide 66
                                                            • 3-1 Setup and Results
                                                            • Setup
                                                            • 3-2 Summary of 3D Work
                                                            • Appendix
                                                            • Active Regions and Emerging Flux
                                                            • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                            • 2-1 2D calculations
                                                            • Slide 74
                                                            • Deceleration near the Surface
                                                            • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                            • 2-3 Summary of 2D Works
                                                            • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                            • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                            • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                            • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                            • Summary of 3D Work
                                                            • Observation
                                                            • Results qH0=005 (failed)
                                                            • Results
                                                            • Results (2)
                                                            • Results (3)
                                                            • Results (4)
                                                            • Results (5)
                                                            • Large-scale 3D calculation
                                                            • Large-scale 3D calculation (2)
                                                            • Large-scale 3D calculation (3)
                                                            • Observation (2)
                                                            • イントロダクション
                                                            • 数値モデル
                                                            • 議論とまとめ
                                                            • 議論とまとめ (2)
                                                            • 太陽と磁場
                                                            • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                            • 磁気浮力とParker不安定性
                                                            • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                            • 磁束浮上シミュレーション
                                                            • 対流層内部における近似計算
                                                            • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                            • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                            • 浮上磁場シミュレーション
                                                            • 光球付近での減速機構
                                                            • 本研究の目的 (12)
                                                            • 本研究の目的 (22)
                                                            • 本研究の目的 (4)
                                                            • 数値モデル (2)
                                                            • 数値モデル (22)
                                                            • 数値モデル (23)
                                                            • 数値モデル (24)
                                                            • 数値モデル (14)
                                                            • 減速の物理 (34)
                                                            • 減速の物理 (34) (2)
                                                            • 光球付近における減速 (2)
                                                            • 5 パラメータ研究
                                                            • パラメータ研究 (111)
                                                            • パラメータ研究 (211)
                                                            • パラメータ研究 (311)
                                                            • パラメータ研究 (511)
                                                            • パラメータ研究 (611)
                                                            • パラメータ研究 (711)
                                                            • パラメータ研究 (811)
                                                            • パラメータ研究 (911)
                                                            • パラメータ研究 (1011)
                                                            • 軸方向計算のまとめ
                                                            • 断面方向計算のまとめ
                                                            • Resistive Emergence Model
                                                            • Preceding Studies(13)
                                                            • Preceding Studies(23)
                                                            • Preceding Studies(33)
                                                            • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                            • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                            • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                            • Introduction of Miyagoshi et al
                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                            • Setup and Results
                                                            • セットアップと計算結果
                                                            • セットアップと計算結果 (2)

                                                              3 次元浮上磁場計算

                                                              議論 光球付近に平らな磁場構造が形成

                                                              された 従来の浮上磁場の描像は多少修正

                                                              される必要がある rarr 磁束管はさほど直接的に浮上し

                                                              ているようではない

                                                              31

                                                              Zwaan (1985)

                                                              3 次元浮上磁場計算

                                                              議論 光球面で「交換モード不安定」によ

                                                              る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

                                                              32Strous amp Zwaan (1999)

                                                              3 次元浮上磁場計算

                                                              議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

                                                              が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

                                                              33

                                                              3 次元浮上磁場計算

                                                              議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

                                                              浮上するとフットポイントが移動する

                                                              34

                                                              Outer fields Inner fields

                                                              内容

                                                              1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                                              1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                                              3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                                              35

                                                              まとめ

                                                              深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                                                              磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                                                              36

                                                              観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                                                              光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                                                              今後の課題

                                                              複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                                                              黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                                                              パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                                                              輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                                                              37

                                                              FinThank you for your attention

                                                              1 Introduction

                                                              39

                                                              2 Previous 2D Works

                                                              40

                                                              3 3D Calculation

                                                              41

                                                              4 Summary and Future Works

                                                              42

                                                              4 What to Study in HAO

                                                              43

                                                              What to Study in HAO

                                                              Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                                              Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                                              Others Interaction between emerging flux and the convection

                                                              44

                                                              2-4 2D Parameter Study

                                                              45

                                                              Parameter Study

                                                              Varying

                                                              Field strength BX

                                                              Total flux Φ

                                                              to study the condition of the flux emergence

                                                              Total flux Φ

                                                              Field strength BX

                                                              46

                                                              Parameter Study

                                                              two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                                              dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                              47

                                                              Parameter Study

                                                              Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                                              48

                                                              Parameter Study BX-Φ too strong

                                                              49

                                                              Density field lines and velocity vectors

                                                              Parameter Study

                                                              Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                                              50

                                                              Parameter Survey

                                                              Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                                              51

                                                              Parameter Survey

                                                              times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                              52

                                                              Parameter Survey BX-Φ weak

                                                              53

                                                              Density field lines and velocity vectors

                                                              Parameter Survey

                                                              times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                              54

                                                              Parameter Survey BX-Φ weak

                                                              55

                                                              Density field lines and velocity vectors

                                                              Parameter Study

                                                              Varying

                                                              Field strength BX

                                                              Initial twist q

                                                              to study the condition of the flux emergence

                                                              Initial twist q

                                                              Field strength BX

                                                              56

                                                              Parameter Study

                                                              Varying axial field strength BX

                                                              57

                                                              Parameter Study typical case

                                                              Varying axial field strength BX

                                                              58

                                                              59

                                                              Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                              Parameter Study typical case

                                                              Parameter Study BX strong

                                                              Varying axial field strength BX

                                                              60

                                                              61

                                                              Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                              Parameter Study BX strong

                                                              Parameter Study BX weak

                                                              Varying axial field strength BX

                                                              62

                                                              63

                                                              Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                              Parameter Study BX weak

                                                              Parameter Study

                                                              Varying initial twist q

                                                              64

                                                              Parameter Study q weak

                                                              Varying initial twist q

                                                              65

                                                              66

                                                              Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                              Parameter Study q weak

                                                              3-1 Setup and Results

                                                              67

                                                              Setup

                                                              Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                              qH0=01 case rarr

                                                              68

                                                              rqrBrB x

                                                              2

                                                              tube

                                                              2

                                                              tube expR

                                                              rBrBx

                                                              3-2 Summary of 3D Work

                                                              69

                                                              Appendix

                                                              70

                                                              Active Regions and Emerging Flux

                                                              71

                                                              North Pole

                                                              Equator

                                                              Convection Zone

                                                              Radiative Zone

                                                              Core

                                                              Zwaan (1985)

                                                              Active Regions and Emerging Flux

                                                              Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                              (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                              72

                                                              North Pole

                                                              Equator

                                                              Convection Zone

                                                              Radiative Zone

                                                              Core

                                                              2-1 2D calculations

                                                              73

                                                              Apex of the Emerging Loop

                                                              Height Zapex

                                                              Rise Velocity VZapex

                                                              Surfacerarr

                                                              74

                                                              -20000 kmrarr

                                                              Axial Calculation Results

                                                              Magneticflux

                                                              Accumulateddensity

                                                              Magneticflux

                                                              Accumulateddensity

                                                              Accumulateddensity

                                                              Magneticflux

                                                              Deceleration near the Surface

                                                              Accumulated density

                                                              75

                                                              0 t

                                                              2-2 Cross-sectional Calculation

                                                              76

                                                              2-3 Summary of 2D Works

                                                              77

                                                              2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                              78

                                                              Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                              79

                                                              Results qH0=015 (slow two-step)

                                                              80

                                                              Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                              81

                                                              Results qH0=015 (slow two-step)

                                                              Logarithmic density

                                                              Summary of 3D Work

                                                              Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                              Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                              82

                                                              Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                              decelerates and

                                                              expands horizontally

                                                              Otsuji et al (2010)83

                                                              Observation

                                                              Results qH0=005 (failed)

                                                              84

                                                              Results

                                                              Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                              85

                                                              q large

                                                              q small

                                                              Results

                                                              Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                              86

                                                              Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                              Results

                                                              Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                              87

                                                              Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                              Results

                                                              Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                              q large obeys the initial

                                                              q2 law because the tube

                                                              keeps its coherency q small Emag increases

                                                              because it takes more time

                                                              to emerge to the corona

                                                              and Emag is stored in the

                                                              photospheric tongue 88

                                                              dVB

                                                              Ez

                                                              0

                                                              2

                                                              mag 8

                                                              Results

                                                              Cross-section when

                                                              the apex reaches zH0=40

                                                              89

                                                              Large-scale 3D calculation

                                                              Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                              90

                                                              Large-scale 3D calculation

                                                              Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                              91

                                                              Large-scale 3D calculation

                                                              Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                              92

                                                              Observation

                                                              Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                              decelerates and

                                                              expands horizontally

                                                              Otsuji et al (2010)93

                                                              イントロダクション

                                                              ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                              考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                              (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                              94

                                                              数値モデル

                                                              初期磁束管 exp型分布

                                                              ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                              磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                              磁束管の内部圧力を

                                                                と表すこのとき force balance

                                                               が保たれるよう

                                                               とする

                                                              rqrBrB x

                                                              2

                                                              tube

                                                              2

                                                              tube expR

                                                              rBrBx

                                                              r

                                                              BBB

                                                              dr

                                                              d

                                                              dr

                                                              dp x

                                                              48

                                                              222

                                                              exc

                                                              222

                                                              tube2exc 1

                                                              28

                                                              1xBr

                                                              Rqp

                                                              rpzpzyp excsi

                                                              B

                                                              x

                                                              r

                                                              B

                                                              BX

                                                              2πr

                                                              95

                                                              議論とまとめ

                                                              結果の比較

                                                              物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                              初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                              総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                              初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                              磁束管の半径 1000 km

                                                              初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                              1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                              減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                              96

                                                              断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                              議論とまとめ

                                                              3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                              軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                              総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                              考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                              倍 )

                                                              将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                              97

                                                              1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                              太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                              太陽と磁場

                                                              Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                              98

                                                              活動領域と浮上磁場

                                                              活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                              磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                              太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                              Zwaan (1985)

                                                              Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                              99

                                                              磁気浮力と Parker 不安定性

                                                              磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                              る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                              Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                              内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                              外圧 Pe

                                                              ggf ieb )(

                                                              100

                                                              活動領域と浮上磁場

                                                              AR 10926

                                                              101

                                                              磁束浮上シミュレーション

                                                              磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                              102

                                                              対流層内部における近似計算

                                                              ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                              た 細管近似

                                                              対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                              物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                              Caligari et al (1995)

                                                              103

                                                              対流層内部における近似計算

                                                              非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                              大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                              中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                              Fan (2001a)104

                                                              対流層内部における近似計算 (22)

                                                              しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                              細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                              したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                              105

                                                              浮上磁場シミュレーション

                                                              光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                              的にコロナへ浮上

                                                              対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                              Shibata et al (1989) 106

                                                              光球付近での減速機構

                                                              光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                              Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                              Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                              Magara (2001)

                                                              107

                                                              本研究の目的 (12)

                                                              上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                              しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                              対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                              しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                              したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                              108

                                                              本研究の目的 (22)

                                                              そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                              対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                              典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                              典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                              本研究の目的

                                                              減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                              2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                              典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                              典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                              数値モデル

                                                              初期条件

                                                              xH-400 0 400

                                                              zH

                                                              200

                                                              100

                                                              -200

                                                              -100

                                                              NX timesNZ

                                                              =1536times1920

                                                              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                              磁束の厚さD = 1000 km

                                                              磁束の深さ -20000 km

                                                              光球 (等温 ) = 対流安定

                                                              111

                                                              LX = 16 万 km

                                                              LZ = 8 万 km

                                                              数値モデル (22)

                                                              対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                              無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                              速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                              時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                              密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                              圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                              温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                              磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                              数値モデル (23)

                                                              初期条件 (z 方向分布 )

                                                              磁場BX

                                                              密度ρ

                                                              圧力 p

                                                              温度 T

                                                              対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                              113

                                                              数値モデル (24)

                                                              境界条件

                                                              -400 0 400

                                                              200

                                                              100

                                                              -200

                                                              -100

                                                              周期境界 対称境界

                                                              減衰領域

                                                              x H0

                                                              z H0

                                                              114

                                                              数値モデル (14)

                                                              初期条件

                                                              x H0

                                                              -400 0 400

                                                              z H0

                                                              200

                                                              100

                                                              -200

                                                              -100

                                                              NZ=1920

                                                              NX=1536

                                                              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                              width D

                                                              z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                              115

                                                              減速の物理 (34)

                                                              磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                              116

                                                              減速の物理 (34)

                                                              磁束シート上のプラズマ

                                                              シート上にプラズマが蓄積する

                                                              磁束シートの浮上

                                                              磁束シートが平らになる

                                                              減速

                                                              117

                                                              光球付近における減速

                                                              磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                              磁場

                                                              密度差

                                                              磁場

                                                              密度差密度差

                                                              磁場

                                                              118

                                                              5 パラメータ研究

                                                              119

                                                              パラメータ研究 (111)

                                                              磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                              総磁束量 Φ

                                                              を変えた計算を行った

                                                              総磁束量 Φ

                                                              磁場強度 BX

                                                              120

                                                              パラメータ研究 (211)

                                                              2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                              点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                              121

                                                              パラメータ研究 (311)

                                                              減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                              122

                                                              パラメータ研究 (511)

                                                              2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                              123

                                                              パラメータ研究 (611)

                                                              2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                              124

                                                              パラメータ研究 (711)

                                                              times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                              125

                                                              パラメータ研究 (811)

                                                              密度磁力線速度場126

                                                              パラメータ研究 (911)

                                                              対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                              EmagEkin lt 1

                                                              127

                                                              パラメータ研究 (1011)

                                                              times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                              軸方向計算のまとめ

                                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                              減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                              129

                                                              断面方向計算のまとめ

                                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                              減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                              130

                                                              Resistive Emergence Model

                                                              Pariat et al (2004) Model established through

                                                              observations Isobe et al (2007)

                                                              2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                              3D simulations131

                                                              Preceding Studies(13)

                                                              Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                              force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                              that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                              132

                                                              Preceding Studies(23)

                                                              Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                              persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                              133

                                                              Preceding Studies(33)

                                                              Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                              gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                              Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                              zzz pF BJg

                                                              134

                                                              Parameter Survey and Discussion (99)

                                                              135

                                                              Parameter Survey and Discussion (89)

                                                              Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                              magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                               rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                               rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                               rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                              Moreno-Insertis et al (1995)

                                                              136

                                                              3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                              137

                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                              Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                              138

                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                              Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                              twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                              139

                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                              Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                              emerged

                                                              q large direct emergence without a tongue

                                                              q small two-step emergence with a tongue

                                                              140

                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                              Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                              141

                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                              Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                              Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                              142

                                                              Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                              Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                              Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                              Radius Rtube 5 25

                                                              Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                              Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                              Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                              Result Every q emerged q=01 failed

                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                              Miyagoshi et al Initial condition

                                                              plasma β = P Pmag lt 1

                                                              at the tube top Strong tubehellip

                                                              143

                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                              Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                              on the initial twist q

                                                              q large direct emergence

                                                                Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                              144

                                                              dVB

                                                              E corona

                                                              2

                                                              mag 8

                                                              Setup and Results

                                                              Conditions

                                                              q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                              145

                                                              Our case Murray et al (2006)

                                                              Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                              Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                              Radius Rtube 25 25

                                                              Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                              Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                              Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                              Result qlt01 failed q=01 failed

                                                              セットアップと計算結果

                                                              結果 (x=0)

                                                              146

                                                              セットアップと計算結果

                                                              結果 (y=0)

                                                              147

                                                              • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                              • 内容
                                                              • 内容 (2)
                                                              • 太陽活動と磁場
                                                              • 活動領域と浮上磁場
                                                              • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                              • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                              • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                              • 先行研究の概観
                                                              • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                              • 本研究の目的
                                                              • 内容 (3)
                                                              • 2次元計算2つのモード
                                                              • 内容 (4)
                                                              • 2次元軸方向計算
                                                              • Slide 16
                                                              • 光球付近における減速
                                                              • パラメータ研究
                                                              • 内容 (5)
                                                              • 25次元断面方向計算
                                                              • Slide 21
                                                              • パラメータ研究 (2)
                                                              • 2次元計算のまとめ
                                                              • 内容 (6)
                                                              • 3次元浮上磁場計算
                                                              • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                              • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                              • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                              • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                              • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                              • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                              • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                              • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                              • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                              • 内容 (7)
                                                              • まとめ
                                                              • 今後の課題
                                                              • Fin
                                                              • 1 Introduction
                                                              • 2 Previous 2D Works
                                                              • 3 3D Calculation
                                                              • 4 Summary and Future Works
                                                              • 4 What to Study in HAO
                                                              • What to Study in HAO
                                                              • 2-4 2D Parameter Study
                                                              • Parameter Study
                                                              • Parameter Study (2)
                                                              • Parameter Study (3)
                                                              • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                              • Parameter Study (4)
                                                              • Parameter Survey
                                                              • Parameter Survey (2)
                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                              • Parameter Survey (3)
                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                              • Parameter Study (5)
                                                              • Parameter Study (6)
                                                              • Parameter Study typical case
                                                              • Slide 59
                                                              • Parameter Study BX strong
                                                              • Slide 61
                                                              • Parameter Study BX weak
                                                              • Slide 63
                                                              • Parameter Study (7)
                                                              • Parameter Study q weak
                                                              • Slide 66
                                                              • 3-1 Setup and Results
                                                              • Setup
                                                              • 3-2 Summary of 3D Work
                                                              • Appendix
                                                              • Active Regions and Emerging Flux
                                                              • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                              • 2-1 2D calculations
                                                              • Slide 74
                                                              • Deceleration near the Surface
                                                              • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                              • 2-3 Summary of 2D Works
                                                              • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                              • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                              • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                              • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                              • Summary of 3D Work
                                                              • Observation
                                                              • Results qH0=005 (failed)
                                                              • Results
                                                              • Results (2)
                                                              • Results (3)
                                                              • Results (4)
                                                              • Results (5)
                                                              • Large-scale 3D calculation
                                                              • Large-scale 3D calculation (2)
                                                              • Large-scale 3D calculation (3)
                                                              • Observation (2)
                                                              • イントロダクション
                                                              • 数値モデル
                                                              • 議論とまとめ
                                                              • 議論とまとめ (2)
                                                              • 太陽と磁場
                                                              • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                              • 磁気浮力とParker不安定性
                                                              • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                              • 磁束浮上シミュレーション
                                                              • 対流層内部における近似計算
                                                              • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                              • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                              • 浮上磁場シミュレーション
                                                              • 光球付近での減速機構
                                                              • 本研究の目的 (12)
                                                              • 本研究の目的 (22)
                                                              • 本研究の目的 (4)
                                                              • 数値モデル (2)
                                                              • 数値モデル (22)
                                                              • 数値モデル (23)
                                                              • 数値モデル (24)
                                                              • 数値モデル (14)
                                                              • 減速の物理 (34)
                                                              • 減速の物理 (34) (2)
                                                              • 光球付近における減速 (2)
                                                              • 5 パラメータ研究
                                                              • パラメータ研究 (111)
                                                              • パラメータ研究 (211)
                                                              • パラメータ研究 (311)
                                                              • パラメータ研究 (511)
                                                              • パラメータ研究 (611)
                                                              • パラメータ研究 (711)
                                                              • パラメータ研究 (811)
                                                              • パラメータ研究 (911)
                                                              • パラメータ研究 (1011)
                                                              • 軸方向計算のまとめ
                                                              • 断面方向計算のまとめ
                                                              • Resistive Emergence Model
                                                              • Preceding Studies(13)
                                                              • Preceding Studies(23)
                                                              • Preceding Studies(33)
                                                              • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                              • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                              • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                              • Introduction of Miyagoshi et al
                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                              • Setup and Results
                                                              • セットアップと計算結果
                                                              • セットアップと計算結果 (2)

                                                                3 次元浮上磁場計算

                                                                議論 光球面で「交換モード不安定」によ

                                                                る磁場の浮上が見られた 磁場の分裂(=浮上)とシア運動 Strous amp Zwaan (1999) の観測に酷似している

                                                                32Strous amp Zwaan (1999)

                                                                3 次元浮上磁場計算

                                                                議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

                                                                が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

                                                                33

                                                                3 次元浮上磁場計算

                                                                議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

                                                                浮上するとフットポイントが移動する

                                                                34

                                                                Outer fields Inner fields

                                                                内容

                                                                1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                                                1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                                                3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                                                35

                                                                まとめ

                                                                深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                                                                磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                                                                36

                                                                観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                                                                光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                                                                今後の課題

                                                                複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                                                                黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                                                                パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                                                                輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                                                                37

                                                                FinThank you for your attention

                                                                1 Introduction

                                                                39

                                                                2 Previous 2D Works

                                                                40

                                                                3 3D Calculation

                                                                41

                                                                4 Summary and Future Works

                                                                42

                                                                4 What to Study in HAO

                                                                43

                                                                What to Study in HAO

                                                                Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                                                Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                                                Others Interaction between emerging flux and the convection

                                                                44

                                                                2-4 2D Parameter Study

                                                                45

                                                                Parameter Study

                                                                Varying

                                                                Field strength BX

                                                                Total flux Φ

                                                                to study the condition of the flux emergence

                                                                Total flux Φ

                                                                Field strength BX

                                                                46

                                                                Parameter Study

                                                                two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                                                dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                47

                                                                Parameter Study

                                                                Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                                                48

                                                                Parameter Study BX-Φ too strong

                                                                49

                                                                Density field lines and velocity vectors

                                                                Parameter Study

                                                                Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                                                50

                                                                Parameter Survey

                                                                Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                                                51

                                                                Parameter Survey

                                                                times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                                52

                                                                Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                53

                                                                Density field lines and velocity vectors

                                                                Parameter Survey

                                                                times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                                54

                                                                Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                55

                                                                Density field lines and velocity vectors

                                                                Parameter Study

                                                                Varying

                                                                Field strength BX

                                                                Initial twist q

                                                                to study the condition of the flux emergence

                                                                Initial twist q

                                                                Field strength BX

                                                                56

                                                                Parameter Study

                                                                Varying axial field strength BX

                                                                57

                                                                Parameter Study typical case

                                                                Varying axial field strength BX

                                                                58

                                                                59

                                                                Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                Parameter Study typical case

                                                                Parameter Study BX strong

                                                                Varying axial field strength BX

                                                                60

                                                                61

                                                                Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                Parameter Study BX strong

                                                                Parameter Study BX weak

                                                                Varying axial field strength BX

                                                                62

                                                                63

                                                                Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                Parameter Study BX weak

                                                                Parameter Study

                                                                Varying initial twist q

                                                                64

                                                                Parameter Study q weak

                                                                Varying initial twist q

                                                                65

                                                                66

                                                                Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                Parameter Study q weak

                                                                3-1 Setup and Results

                                                                67

                                                                Setup

                                                                Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                qH0=01 case rarr

                                                                68

                                                                rqrBrB x

                                                                2

                                                                tube

                                                                2

                                                                tube expR

                                                                rBrBx

                                                                3-2 Summary of 3D Work

                                                                69

                                                                Appendix

                                                                70

                                                                Active Regions and Emerging Flux

                                                                71

                                                                North Pole

                                                                Equator

                                                                Convection Zone

                                                                Radiative Zone

                                                                Core

                                                                Zwaan (1985)

                                                                Active Regions and Emerging Flux

                                                                Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                72

                                                                North Pole

                                                                Equator

                                                                Convection Zone

                                                                Radiative Zone

                                                                Core

                                                                2-1 2D calculations

                                                                73

                                                                Apex of the Emerging Loop

                                                                Height Zapex

                                                                Rise Velocity VZapex

                                                                Surfacerarr

                                                                74

                                                                -20000 kmrarr

                                                                Axial Calculation Results

                                                                Magneticflux

                                                                Accumulateddensity

                                                                Magneticflux

                                                                Accumulateddensity

                                                                Accumulateddensity

                                                                Magneticflux

                                                                Deceleration near the Surface

                                                                Accumulated density

                                                                75

                                                                0 t

                                                                2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                76

                                                                2-3 Summary of 2D Works

                                                                77

                                                                2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                78

                                                                Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                79

                                                                Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                80

                                                                Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                81

                                                                Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                Logarithmic density

                                                                Summary of 3D Work

                                                                Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                82

                                                                Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                decelerates and

                                                                expands horizontally

                                                                Otsuji et al (2010)83

                                                                Observation

                                                                Results qH0=005 (failed)

                                                                84

                                                                Results

                                                                Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                85

                                                                q large

                                                                q small

                                                                Results

                                                                Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                86

                                                                Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                Results

                                                                Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                87

                                                                Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                Results

                                                                Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                q large obeys the initial

                                                                q2 law because the tube

                                                                keeps its coherency q small Emag increases

                                                                because it takes more time

                                                                to emerge to the corona

                                                                and Emag is stored in the

                                                                photospheric tongue 88

                                                                dVB

                                                                Ez

                                                                0

                                                                2

                                                                mag 8

                                                                Results

                                                                Cross-section when

                                                                the apex reaches zH0=40

                                                                89

                                                                Large-scale 3D calculation

                                                                Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                90

                                                                Large-scale 3D calculation

                                                                Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                91

                                                                Large-scale 3D calculation

                                                                Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                92

                                                                Observation

                                                                Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                decelerates and

                                                                expands horizontally

                                                                Otsuji et al (2010)93

                                                                イントロダクション

                                                                ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                94

                                                                数値モデル

                                                                初期磁束管 exp型分布

                                                                ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                磁束管の内部圧力を

                                                                  と表すこのとき force balance

                                                                 が保たれるよう

                                                                 とする

                                                                rqrBrB x

                                                                2

                                                                tube

                                                                2

                                                                tube expR

                                                                rBrBx

                                                                r

                                                                BBB

                                                                dr

                                                                d

                                                                dr

                                                                dp x

                                                                48

                                                                222

                                                                exc

                                                                222

                                                                tube2exc 1

                                                                28

                                                                1xBr

                                                                Rqp

                                                                rpzpzyp excsi

                                                                B

                                                                x

                                                                r

                                                                B

                                                                BX

                                                                2πr

                                                                95

                                                                議論とまとめ

                                                                結果の比較

                                                                物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                磁束管の半径 1000 km

                                                                初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                96

                                                                断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                議論とまとめ

                                                                3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                倍 )

                                                                将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                97

                                                                1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                太陽と磁場

                                                                Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                98

                                                                活動領域と浮上磁場

                                                                活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                Zwaan (1985)

                                                                Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                99

                                                                磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                外圧 Pe

                                                                ggf ieb )(

                                                                100

                                                                活動領域と浮上磁場

                                                                AR 10926

                                                                101

                                                                磁束浮上シミュレーション

                                                                磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                102

                                                                対流層内部における近似計算

                                                                ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                た 細管近似

                                                                対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                Caligari et al (1995)

                                                                103

                                                                対流層内部における近似計算

                                                                非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                Fan (2001a)104

                                                                対流層内部における近似計算 (22)

                                                                しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                105

                                                                浮上磁場シミュレーション

                                                                光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                的にコロナへ浮上

                                                                対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                Shibata et al (1989) 106

                                                                光球付近での減速機構

                                                                光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                Magara (2001)

                                                                107

                                                                本研究の目的 (12)

                                                                上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                108

                                                                本研究の目的 (22)

                                                                そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                本研究の目的

                                                                減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                数値モデル

                                                                初期条件

                                                                xH-400 0 400

                                                                zH

                                                                200

                                                                100

                                                                -200

                                                                -100

                                                                NX timesNZ

                                                                =1536times1920

                                                                BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                磁束の厚さD = 1000 km

                                                                磁束の深さ -20000 km

                                                                光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                111

                                                                LX = 16 万 km

                                                                LZ = 8 万 km

                                                                数値モデル (22)

                                                                対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                数値モデル (23)

                                                                初期条件 (z 方向分布 )

                                                                磁場BX

                                                                密度ρ

                                                                圧力 p

                                                                温度 T

                                                                対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                113

                                                                数値モデル (24)

                                                                境界条件

                                                                -400 0 400

                                                                200

                                                                100

                                                                -200

                                                                -100

                                                                周期境界 対称境界

                                                                減衰領域

                                                                x H0

                                                                z H0

                                                                114

                                                                数値モデル (14)

                                                                初期条件

                                                                x H0

                                                                -400 0 400

                                                                z H0

                                                                200

                                                                100

                                                                -200

                                                                -100

                                                                NZ=1920

                                                                NX=1536

                                                                BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                width D

                                                                z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                115

                                                                減速の物理 (34)

                                                                磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                116

                                                                減速の物理 (34)

                                                                磁束シート上のプラズマ

                                                                シート上にプラズマが蓄積する

                                                                磁束シートの浮上

                                                                磁束シートが平らになる

                                                                減速

                                                                117

                                                                光球付近における減速

                                                                磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                磁場

                                                                密度差

                                                                磁場

                                                                密度差密度差

                                                                磁場

                                                                118

                                                                5 パラメータ研究

                                                                119

                                                                パラメータ研究 (111)

                                                                磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                総磁束量 Φ

                                                                を変えた計算を行った

                                                                総磁束量 Φ

                                                                磁場強度 BX

                                                                120

                                                                パラメータ研究 (211)

                                                                2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                121

                                                                パラメータ研究 (311)

                                                                減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                122

                                                                パラメータ研究 (511)

                                                                2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                123

                                                                パラメータ研究 (611)

                                                                2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                124

                                                                パラメータ研究 (711)

                                                                times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                125

                                                                パラメータ研究 (811)

                                                                密度磁力線速度場126

                                                                パラメータ研究 (911)

                                                                対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                EmagEkin lt 1

                                                                127

                                                                パラメータ研究 (1011)

                                                                times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                軸方向計算のまとめ

                                                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                129

                                                                断面方向計算のまとめ

                                                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                130

                                                                Resistive Emergence Model

                                                                Pariat et al (2004) Model established through

                                                                observations Isobe et al (2007)

                                                                2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                3D simulations131

                                                                Preceding Studies(13)

                                                                Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                132

                                                                Preceding Studies(23)

                                                                Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                133

                                                                Preceding Studies(33)

                                                                Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                zzz pF BJg

                                                                134

                                                                Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                135

                                                                Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                 rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                 rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                 rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                136

                                                                3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                137

                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                138

                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                139

                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                emerged

                                                                q large direct emergence without a tongue

                                                                q small two-step emergence with a tongue

                                                                140

                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                141

                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                142

                                                                Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                Radius Rtube 5 25

                                                                Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                Result Every q emerged q=01 failed

                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                Miyagoshi et al Initial condition

                                                                plasma β = P Pmag lt 1

                                                                at the tube top Strong tubehellip

                                                                143

                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                on the initial twist q

                                                                q large direct emergence

                                                                  Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                  Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                144

                                                                dVB

                                                                E corona

                                                                2

                                                                mag 8

                                                                Setup and Results

                                                                Conditions

                                                                q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                145

                                                                Our case Murray et al (2006)

                                                                Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                Radius Rtube 25 25

                                                                Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                セットアップと計算結果

                                                                結果 (x=0)

                                                                146

                                                                セットアップと計算結果

                                                                結果 (y=0)

                                                                147

                                                                • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                • 内容
                                                                • 内容 (2)
                                                                • 太陽活動と磁場
                                                                • 活動領域と浮上磁場
                                                                • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                • 先行研究の概観
                                                                • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                • 本研究の目的
                                                                • 内容 (3)
                                                                • 2次元計算2つのモード
                                                                • 内容 (4)
                                                                • 2次元軸方向計算
                                                                • Slide 16
                                                                • 光球付近における減速
                                                                • パラメータ研究
                                                                • 内容 (5)
                                                                • 25次元断面方向計算
                                                                • Slide 21
                                                                • パラメータ研究 (2)
                                                                • 2次元計算のまとめ
                                                                • 内容 (6)
                                                                • 3次元浮上磁場計算
                                                                • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                • 内容 (7)
                                                                • まとめ
                                                                • 今後の課題
                                                                • Fin
                                                                • 1 Introduction
                                                                • 2 Previous 2D Works
                                                                • 3 3D Calculation
                                                                • 4 Summary and Future Works
                                                                • 4 What to Study in HAO
                                                                • What to Study in HAO
                                                                • 2-4 2D Parameter Study
                                                                • Parameter Study
                                                                • Parameter Study (2)
                                                                • Parameter Study (3)
                                                                • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                • Parameter Study (4)
                                                                • Parameter Survey
                                                                • Parameter Survey (2)
                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                • Parameter Survey (3)
                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                • Parameter Study (5)
                                                                • Parameter Study (6)
                                                                • Parameter Study typical case
                                                                • Slide 59
                                                                • Parameter Study BX strong
                                                                • Slide 61
                                                                • Parameter Study BX weak
                                                                • Slide 63
                                                                • Parameter Study (7)
                                                                • Parameter Study q weak
                                                                • Slide 66
                                                                • 3-1 Setup and Results
                                                                • Setup
                                                                • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                • Appendix
                                                                • Active Regions and Emerging Flux
                                                                • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                • 2-1 2D calculations
                                                                • Slide 74
                                                                • Deceleration near the Surface
                                                                • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                • Summary of 3D Work
                                                                • Observation
                                                                • Results qH0=005 (failed)
                                                                • Results
                                                                • Results (2)
                                                                • Results (3)
                                                                • Results (4)
                                                                • Results (5)
                                                                • Large-scale 3D calculation
                                                                • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                • Observation (2)
                                                                • イントロダクション
                                                                • 数値モデル
                                                                • 議論とまとめ
                                                                • 議論とまとめ (2)
                                                                • 太陽と磁場
                                                                • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                • 磁束浮上シミュレーション
                                                                • 対流層内部における近似計算
                                                                • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                • 浮上磁場シミュレーション
                                                                • 光球付近での減速機構
                                                                • 本研究の目的 (12)
                                                                • 本研究の目的 (22)
                                                                • 本研究の目的 (4)
                                                                • 数値モデル (2)
                                                                • 数値モデル (22)
                                                                • 数値モデル (23)
                                                                • 数値モデル (24)
                                                                • 数値モデル (14)
                                                                • 減速の物理 (34)
                                                                • 減速の物理 (34) (2)
                                                                • 光球付近における減速 (2)
                                                                • 5 パラメータ研究
                                                                • パラメータ研究 (111)
                                                                • パラメータ研究 (211)
                                                                • パラメータ研究 (311)
                                                                • パラメータ研究 (511)
                                                                • パラメータ研究 (611)
                                                                • パラメータ研究 (711)
                                                                • パラメータ研究 (811)
                                                                • パラメータ研究 (911)
                                                                • パラメータ研究 (1011)
                                                                • 軸方向計算のまとめ
                                                                • 断面方向計算のまとめ
                                                                • Resistive Emergence Model
                                                                • Preceding Studies(13)
                                                                • Preceding Studies(23)
                                                                • Preceding Studies(33)
                                                                • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                • Setup and Results
                                                                • セットアップと計算結果
                                                                • セットアップと計算結果 (2)

                                                                  3 次元浮上磁場計算

                                                                  議論「垂直シートモデル」は光球付近で水平に広がった磁場

                                                                  が交換モード不安定を起こして浮上した結果と考えられる従来の解釈を包含した新たなモデル

                                                                  33

                                                                  3 次元浮上磁場計算

                                                                  議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

                                                                  浮上するとフットポイントが移動する

                                                                  34

                                                                  Outer fields Inner fields

                                                                  内容

                                                                  1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                                                  1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                                                  3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                                                  35

                                                                  まとめ

                                                                  深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                                                                  磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                                                                  36

                                                                  観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                                                                  光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                                                                  今後の課題

                                                                  複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                                                                  黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                                                                  パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                                                                  輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                                                                  37

                                                                  FinThank you for your attention

                                                                  1 Introduction

                                                                  39

                                                                  2 Previous 2D Works

                                                                  40

                                                                  3 3D Calculation

                                                                  41

                                                                  4 Summary and Future Works

                                                                  42

                                                                  4 What to Study in HAO

                                                                  43

                                                                  What to Study in HAO

                                                                  Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                                                  Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                                                  Others Interaction between emerging flux and the convection

                                                                  44

                                                                  2-4 2D Parameter Study

                                                                  45

                                                                  Parameter Study

                                                                  Varying

                                                                  Field strength BX

                                                                  Total flux Φ

                                                                  to study the condition of the flux emergence

                                                                  Total flux Φ

                                                                  Field strength BX

                                                                  46

                                                                  Parameter Study

                                                                  two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                                                  dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                  47

                                                                  Parameter Study

                                                                  Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                                                  48

                                                                  Parameter Study BX-Φ too strong

                                                                  49

                                                                  Density field lines and velocity vectors

                                                                  Parameter Study

                                                                  Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                                                  50

                                                                  Parameter Survey

                                                                  Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                                                  51

                                                                  Parameter Survey

                                                                  times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                                  52

                                                                  Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                  53

                                                                  Density field lines and velocity vectors

                                                                  Parameter Survey

                                                                  times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                                  54

                                                                  Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                  55

                                                                  Density field lines and velocity vectors

                                                                  Parameter Study

                                                                  Varying

                                                                  Field strength BX

                                                                  Initial twist q

                                                                  to study the condition of the flux emergence

                                                                  Initial twist q

                                                                  Field strength BX

                                                                  56

                                                                  Parameter Study

                                                                  Varying axial field strength BX

                                                                  57

                                                                  Parameter Study typical case

                                                                  Varying axial field strength BX

                                                                  58

                                                                  59

                                                                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                  Parameter Study typical case

                                                                  Parameter Study BX strong

                                                                  Varying axial field strength BX

                                                                  60

                                                                  61

                                                                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                  Parameter Study BX strong

                                                                  Parameter Study BX weak

                                                                  Varying axial field strength BX

                                                                  62

                                                                  63

                                                                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                  Parameter Study BX weak

                                                                  Parameter Study

                                                                  Varying initial twist q

                                                                  64

                                                                  Parameter Study q weak

                                                                  Varying initial twist q

                                                                  65

                                                                  66

                                                                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                  Parameter Study q weak

                                                                  3-1 Setup and Results

                                                                  67

                                                                  Setup

                                                                  Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                  qH0=01 case rarr

                                                                  68

                                                                  rqrBrB x

                                                                  2

                                                                  tube

                                                                  2

                                                                  tube expR

                                                                  rBrBx

                                                                  3-2 Summary of 3D Work

                                                                  69

                                                                  Appendix

                                                                  70

                                                                  Active Regions and Emerging Flux

                                                                  71

                                                                  North Pole

                                                                  Equator

                                                                  Convection Zone

                                                                  Radiative Zone

                                                                  Core

                                                                  Zwaan (1985)

                                                                  Active Regions and Emerging Flux

                                                                  Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                  (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                  72

                                                                  North Pole

                                                                  Equator

                                                                  Convection Zone

                                                                  Radiative Zone

                                                                  Core

                                                                  2-1 2D calculations

                                                                  73

                                                                  Apex of the Emerging Loop

                                                                  Height Zapex

                                                                  Rise Velocity VZapex

                                                                  Surfacerarr

                                                                  74

                                                                  -20000 kmrarr

                                                                  Axial Calculation Results

                                                                  Magneticflux

                                                                  Accumulateddensity

                                                                  Magneticflux

                                                                  Accumulateddensity

                                                                  Accumulateddensity

                                                                  Magneticflux

                                                                  Deceleration near the Surface

                                                                  Accumulated density

                                                                  75

                                                                  0 t

                                                                  2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                  76

                                                                  2-3 Summary of 2D Works

                                                                  77

                                                                  2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                  78

                                                                  Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                  79

                                                                  Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                  80

                                                                  Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                  81

                                                                  Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                  Logarithmic density

                                                                  Summary of 3D Work

                                                                  Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                  Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                  82

                                                                  Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                  decelerates and

                                                                  expands horizontally

                                                                  Otsuji et al (2010)83

                                                                  Observation

                                                                  Results qH0=005 (failed)

                                                                  84

                                                                  Results

                                                                  Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                  85

                                                                  q large

                                                                  q small

                                                                  Results

                                                                  Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                  86

                                                                  Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                  Results

                                                                  Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                  87

                                                                  Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                  Results

                                                                  Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                  q large obeys the initial

                                                                  q2 law because the tube

                                                                  keeps its coherency q small Emag increases

                                                                  because it takes more time

                                                                  to emerge to the corona

                                                                  and Emag is stored in the

                                                                  photospheric tongue 88

                                                                  dVB

                                                                  Ez

                                                                  0

                                                                  2

                                                                  mag 8

                                                                  Results

                                                                  Cross-section when

                                                                  the apex reaches zH0=40

                                                                  89

                                                                  Large-scale 3D calculation

                                                                  Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                  90

                                                                  Large-scale 3D calculation

                                                                  Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                  91

                                                                  Large-scale 3D calculation

                                                                  Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                  92

                                                                  Observation

                                                                  Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                  decelerates and

                                                                  expands horizontally

                                                                  Otsuji et al (2010)93

                                                                  イントロダクション

                                                                  ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                  考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                  (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                  94

                                                                  数値モデル

                                                                  初期磁束管 exp型分布

                                                                  ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                  磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                  磁束管の内部圧力を

                                                                    と表すこのとき force balance

                                                                   が保たれるよう

                                                                   とする

                                                                  rqrBrB x

                                                                  2

                                                                  tube

                                                                  2

                                                                  tube expR

                                                                  rBrBx

                                                                  r

                                                                  BBB

                                                                  dr

                                                                  d

                                                                  dr

                                                                  dp x

                                                                  48

                                                                  222

                                                                  exc

                                                                  222

                                                                  tube2exc 1

                                                                  28

                                                                  1xBr

                                                                  Rqp

                                                                  rpzpzyp excsi

                                                                  B

                                                                  x

                                                                  r

                                                                  B

                                                                  BX

                                                                  2πr

                                                                  95

                                                                  議論とまとめ

                                                                  結果の比較

                                                                  物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                  初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                  総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                  初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                  磁束管の半径 1000 km

                                                                  初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                  1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                  減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                  96

                                                                  断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                  議論とまとめ

                                                                  3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                  軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                  総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                  考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                  倍 )

                                                                  将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                  97

                                                                  1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                  太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                  太陽と磁場

                                                                  Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                  98

                                                                  活動領域と浮上磁場

                                                                  活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                  磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                  太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                  Zwaan (1985)

                                                                  Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                  99

                                                                  磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                  磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                  る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                  Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                  内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                  外圧 Pe

                                                                  ggf ieb )(

                                                                  100

                                                                  活動領域と浮上磁場

                                                                  AR 10926

                                                                  101

                                                                  磁束浮上シミュレーション

                                                                  磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                  102

                                                                  対流層内部における近似計算

                                                                  ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                  た 細管近似

                                                                  対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                  物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                  Caligari et al (1995)

                                                                  103

                                                                  対流層内部における近似計算

                                                                  非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                  大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                  中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                  Fan (2001a)104

                                                                  対流層内部における近似計算 (22)

                                                                  しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                  細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                  したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                  105

                                                                  浮上磁場シミュレーション

                                                                  光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                  的にコロナへ浮上

                                                                  対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                  Shibata et al (1989) 106

                                                                  光球付近での減速機構

                                                                  光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                  Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                  Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                  Magara (2001)

                                                                  107

                                                                  本研究の目的 (12)

                                                                  上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                  しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                  対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                  しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                  したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                  108

                                                                  本研究の目的 (22)

                                                                  そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                  対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                  典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                  典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                  本研究の目的

                                                                  減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                  2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                  典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                  典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                  数値モデル

                                                                  初期条件

                                                                  xH-400 0 400

                                                                  zH

                                                                  200

                                                                  100

                                                                  -200

                                                                  -100

                                                                  NX timesNZ

                                                                  =1536times1920

                                                                  BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                  磁束の厚さD = 1000 km

                                                                  磁束の深さ -20000 km

                                                                  光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                  111

                                                                  LX = 16 万 km

                                                                  LZ = 8 万 km

                                                                  数値モデル (22)

                                                                  対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                  無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                  速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                  時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                  密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                  圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                  温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                  磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                  数値モデル (23)

                                                                  初期条件 (z 方向分布 )

                                                                  磁場BX

                                                                  密度ρ

                                                                  圧力 p

                                                                  温度 T

                                                                  対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                  113

                                                                  数値モデル (24)

                                                                  境界条件

                                                                  -400 0 400

                                                                  200

                                                                  100

                                                                  -200

                                                                  -100

                                                                  周期境界 対称境界

                                                                  減衰領域

                                                                  x H0

                                                                  z H0

                                                                  114

                                                                  数値モデル (14)

                                                                  初期条件

                                                                  x H0

                                                                  -400 0 400

                                                                  z H0

                                                                  200

                                                                  100

                                                                  -200

                                                                  -100

                                                                  NZ=1920

                                                                  NX=1536

                                                                  BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                  width D

                                                                  z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                  115

                                                                  減速の物理 (34)

                                                                  磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                  116

                                                                  減速の物理 (34)

                                                                  磁束シート上のプラズマ

                                                                  シート上にプラズマが蓄積する

                                                                  磁束シートの浮上

                                                                  磁束シートが平らになる

                                                                  減速

                                                                  117

                                                                  光球付近における減速

                                                                  磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                  磁場

                                                                  密度差

                                                                  磁場

                                                                  密度差密度差

                                                                  磁場

                                                                  118

                                                                  5 パラメータ研究

                                                                  119

                                                                  パラメータ研究 (111)

                                                                  磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                  総磁束量 Φ

                                                                  を変えた計算を行った

                                                                  総磁束量 Φ

                                                                  磁場強度 BX

                                                                  120

                                                                  パラメータ研究 (211)

                                                                  2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                  点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                  121

                                                                  パラメータ研究 (311)

                                                                  減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                  122

                                                                  パラメータ研究 (511)

                                                                  2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                  123

                                                                  パラメータ研究 (611)

                                                                  2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                  124

                                                                  パラメータ研究 (711)

                                                                  times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                  125

                                                                  パラメータ研究 (811)

                                                                  密度磁力線速度場126

                                                                  パラメータ研究 (911)

                                                                  対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                  EmagEkin lt 1

                                                                  127

                                                                  パラメータ研究 (1011)

                                                                  times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                  軸方向計算のまとめ

                                                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                  減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                  129

                                                                  断面方向計算のまとめ

                                                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                  減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                  130

                                                                  Resistive Emergence Model

                                                                  Pariat et al (2004) Model established through

                                                                  observations Isobe et al (2007)

                                                                  2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                  3D simulations131

                                                                  Preceding Studies(13)

                                                                  Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                  force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                  that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                  132

                                                                  Preceding Studies(23)

                                                                  Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                  persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                  133

                                                                  Preceding Studies(33)

                                                                  Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                  gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                  Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                  zzz pF BJg

                                                                  134

                                                                  Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                  135

                                                                  Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                  Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                  magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                   rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                   rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                   rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                  Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                  136

                                                                  3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                  137

                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                  Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                  138

                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                  Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                  twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                  139

                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                  Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                  emerged

                                                                  q large direct emergence without a tongue

                                                                  q small two-step emergence with a tongue

                                                                  140

                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                  Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                  141

                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                  Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                  Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                  142

                                                                  Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                  Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                  Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                  Radius Rtube 5 25

                                                                  Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                  Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                  Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                  Result Every q emerged q=01 failed

                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                  Miyagoshi et al Initial condition

                                                                  plasma β = P Pmag lt 1

                                                                  at the tube top Strong tubehellip

                                                                  143

                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                  Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                  on the initial twist q

                                                                  q large direct emergence

                                                                    Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                    Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                  144

                                                                  dVB

                                                                  E corona

                                                                  2

                                                                  mag 8

                                                                  Setup and Results

                                                                  Conditions

                                                                  q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                  145

                                                                  Our case Murray et al (2006)

                                                                  Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                  Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                  Radius Rtube 25 25

                                                                  Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                  Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                  Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                  Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                  セットアップと計算結果

                                                                  結果 (x=0)

                                                                  146

                                                                  セットアップと計算結果

                                                                  結果 (y=0)

                                                                  147

                                                                  • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                  • 内容
                                                                  • 内容 (2)
                                                                  • 太陽活動と磁場
                                                                  • 活動領域と浮上磁場
                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                  • 先行研究の概観
                                                                  • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                  • 本研究の目的
                                                                  • 内容 (3)
                                                                  • 2次元計算2つのモード
                                                                  • 内容 (4)
                                                                  • 2次元軸方向計算
                                                                  • Slide 16
                                                                  • 光球付近における減速
                                                                  • パラメータ研究
                                                                  • 内容 (5)
                                                                  • 25次元断面方向計算
                                                                  • Slide 21
                                                                  • パラメータ研究 (2)
                                                                  • 2次元計算のまとめ
                                                                  • 内容 (6)
                                                                  • 3次元浮上磁場計算
                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                  • 内容 (7)
                                                                  • まとめ
                                                                  • 今後の課題
                                                                  • Fin
                                                                  • 1 Introduction
                                                                  • 2 Previous 2D Works
                                                                  • 3 3D Calculation
                                                                  • 4 Summary and Future Works
                                                                  • 4 What to Study in HAO
                                                                  • What to Study in HAO
                                                                  • 2-4 2D Parameter Study
                                                                  • Parameter Study
                                                                  • Parameter Study (2)
                                                                  • Parameter Study (3)
                                                                  • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                  • Parameter Study (4)
                                                                  • Parameter Survey
                                                                  • Parameter Survey (2)
                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                  • Parameter Survey (3)
                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                  • Parameter Study (5)
                                                                  • Parameter Study (6)
                                                                  • Parameter Study typical case
                                                                  • Slide 59
                                                                  • Parameter Study BX strong
                                                                  • Slide 61
                                                                  • Parameter Study BX weak
                                                                  • Slide 63
                                                                  • Parameter Study (7)
                                                                  • Parameter Study q weak
                                                                  • Slide 66
                                                                  • 3-1 Setup and Results
                                                                  • Setup
                                                                  • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                  • Appendix
                                                                  • Active Regions and Emerging Flux
                                                                  • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                  • 2-1 2D calculations
                                                                  • Slide 74
                                                                  • Deceleration near the Surface
                                                                  • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                  • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                  • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                  • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                  • Summary of 3D Work
                                                                  • Observation
                                                                  • Results qH0=005 (failed)
                                                                  • Results
                                                                  • Results (2)
                                                                  • Results (3)
                                                                  • Results (4)
                                                                  • Results (5)
                                                                  • Large-scale 3D calculation
                                                                  • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                  • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                  • Observation (2)
                                                                  • イントロダクション
                                                                  • 数値モデル
                                                                  • 議論とまとめ
                                                                  • 議論とまとめ (2)
                                                                  • 太陽と磁場
                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                  • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                  • 磁束浮上シミュレーション
                                                                  • 対流層内部における近似計算
                                                                  • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                  • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                  • 浮上磁場シミュレーション
                                                                  • 光球付近での減速機構
                                                                  • 本研究の目的 (12)
                                                                  • 本研究の目的 (22)
                                                                  • 本研究の目的 (4)
                                                                  • 数値モデル (2)
                                                                  • 数値モデル (22)
                                                                  • 数値モデル (23)
                                                                  • 数値モデル (24)
                                                                  • 数値モデル (14)
                                                                  • 減速の物理 (34)
                                                                  • 減速の物理 (34) (2)
                                                                  • 光球付近における減速 (2)
                                                                  • 5 パラメータ研究
                                                                  • パラメータ研究 (111)
                                                                  • パラメータ研究 (211)
                                                                  • パラメータ研究 (311)
                                                                  • パラメータ研究 (511)
                                                                  • パラメータ研究 (611)
                                                                  • パラメータ研究 (711)
                                                                  • パラメータ研究 (811)
                                                                  • パラメータ研究 (911)
                                                                  • パラメータ研究 (1011)
                                                                  • 軸方向計算のまとめ
                                                                  • 断面方向計算のまとめ
                                                                  • Resistive Emergence Model
                                                                  • Preceding Studies(13)
                                                                  • Preceding Studies(23)
                                                                  • Preceding Studies(33)
                                                                  • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                  • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                  • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                  • Setup and Results
                                                                  • セットアップと計算結果
                                                                  • セットアップと計算結果 (2)

                                                                    3 次元浮上磁場計算

                                                                    議論シア運動内側の磁力線の浮上による磁束管の内側ではねじれが弱いためより内側の磁力線が

                                                                    浮上するとフットポイントが移動する

                                                                    34

                                                                    Outer fields Inner fields

                                                                    内容

                                                                    1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                                                    1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                                                    3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                                                    35

                                                                    まとめ

                                                                    深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                                                                    磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                                                                    36

                                                                    観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                                                                    光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                                                                    今後の課題

                                                                    複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                                                                    黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                                                                    パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                                                                    輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                                                                    37

                                                                    FinThank you for your attention

                                                                    1 Introduction

                                                                    39

                                                                    2 Previous 2D Works

                                                                    40

                                                                    3 3D Calculation

                                                                    41

                                                                    4 Summary and Future Works

                                                                    42

                                                                    4 What to Study in HAO

                                                                    43

                                                                    What to Study in HAO

                                                                    Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                                                    Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                                                    Others Interaction between emerging flux and the convection

                                                                    44

                                                                    2-4 2D Parameter Study

                                                                    45

                                                                    Parameter Study

                                                                    Varying

                                                                    Field strength BX

                                                                    Total flux Φ

                                                                    to study the condition of the flux emergence

                                                                    Total flux Φ

                                                                    Field strength BX

                                                                    46

                                                                    Parameter Study

                                                                    two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                                                    dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                    47

                                                                    Parameter Study

                                                                    Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                                                    48

                                                                    Parameter Study BX-Φ too strong

                                                                    49

                                                                    Density field lines and velocity vectors

                                                                    Parameter Study

                                                                    Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                                                    50

                                                                    Parameter Survey

                                                                    Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                                                    51

                                                                    Parameter Survey

                                                                    times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                                    52

                                                                    Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                    53

                                                                    Density field lines and velocity vectors

                                                                    Parameter Survey

                                                                    times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                                    54

                                                                    Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                    55

                                                                    Density field lines and velocity vectors

                                                                    Parameter Study

                                                                    Varying

                                                                    Field strength BX

                                                                    Initial twist q

                                                                    to study the condition of the flux emergence

                                                                    Initial twist q

                                                                    Field strength BX

                                                                    56

                                                                    Parameter Study

                                                                    Varying axial field strength BX

                                                                    57

                                                                    Parameter Study typical case

                                                                    Varying axial field strength BX

                                                                    58

                                                                    59

                                                                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                    Parameter Study typical case

                                                                    Parameter Study BX strong

                                                                    Varying axial field strength BX

                                                                    60

                                                                    61

                                                                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                    Parameter Study BX strong

                                                                    Parameter Study BX weak

                                                                    Varying axial field strength BX

                                                                    62

                                                                    63

                                                                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                    Parameter Study BX weak

                                                                    Parameter Study

                                                                    Varying initial twist q

                                                                    64

                                                                    Parameter Study q weak

                                                                    Varying initial twist q

                                                                    65

                                                                    66

                                                                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                    Parameter Study q weak

                                                                    3-1 Setup and Results

                                                                    67

                                                                    Setup

                                                                    Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                    qH0=01 case rarr

                                                                    68

                                                                    rqrBrB x

                                                                    2

                                                                    tube

                                                                    2

                                                                    tube expR

                                                                    rBrBx

                                                                    3-2 Summary of 3D Work

                                                                    69

                                                                    Appendix

                                                                    70

                                                                    Active Regions and Emerging Flux

                                                                    71

                                                                    North Pole

                                                                    Equator

                                                                    Convection Zone

                                                                    Radiative Zone

                                                                    Core

                                                                    Zwaan (1985)

                                                                    Active Regions and Emerging Flux

                                                                    Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                    (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                    72

                                                                    North Pole

                                                                    Equator

                                                                    Convection Zone

                                                                    Radiative Zone

                                                                    Core

                                                                    2-1 2D calculations

                                                                    73

                                                                    Apex of the Emerging Loop

                                                                    Height Zapex

                                                                    Rise Velocity VZapex

                                                                    Surfacerarr

                                                                    74

                                                                    -20000 kmrarr

                                                                    Axial Calculation Results

                                                                    Magneticflux

                                                                    Accumulateddensity

                                                                    Magneticflux

                                                                    Accumulateddensity

                                                                    Accumulateddensity

                                                                    Magneticflux

                                                                    Deceleration near the Surface

                                                                    Accumulated density

                                                                    75

                                                                    0 t

                                                                    2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                    76

                                                                    2-3 Summary of 2D Works

                                                                    77

                                                                    2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                    78

                                                                    Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                    79

                                                                    Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                    80

                                                                    Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                    81

                                                                    Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                    Logarithmic density

                                                                    Summary of 3D Work

                                                                    Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                    Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                    82

                                                                    Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                    decelerates and

                                                                    expands horizontally

                                                                    Otsuji et al (2010)83

                                                                    Observation

                                                                    Results qH0=005 (failed)

                                                                    84

                                                                    Results

                                                                    Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                    85

                                                                    q large

                                                                    q small

                                                                    Results

                                                                    Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                    86

                                                                    Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                    Results

                                                                    Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                    87

                                                                    Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                    Results

                                                                    Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                    q large obeys the initial

                                                                    q2 law because the tube

                                                                    keeps its coherency q small Emag increases

                                                                    because it takes more time

                                                                    to emerge to the corona

                                                                    and Emag is stored in the

                                                                    photospheric tongue 88

                                                                    dVB

                                                                    Ez

                                                                    0

                                                                    2

                                                                    mag 8

                                                                    Results

                                                                    Cross-section when

                                                                    the apex reaches zH0=40

                                                                    89

                                                                    Large-scale 3D calculation

                                                                    Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                    90

                                                                    Large-scale 3D calculation

                                                                    Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                    91

                                                                    Large-scale 3D calculation

                                                                    Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                    92

                                                                    Observation

                                                                    Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                    decelerates and

                                                                    expands horizontally

                                                                    Otsuji et al (2010)93

                                                                    イントロダクション

                                                                    ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                    考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                    (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                    94

                                                                    数値モデル

                                                                    初期磁束管 exp型分布

                                                                    ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                    磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                    磁束管の内部圧力を

                                                                      と表すこのとき force balance

                                                                     が保たれるよう

                                                                     とする

                                                                    rqrBrB x

                                                                    2

                                                                    tube

                                                                    2

                                                                    tube expR

                                                                    rBrBx

                                                                    r

                                                                    BBB

                                                                    dr

                                                                    d

                                                                    dr

                                                                    dp x

                                                                    48

                                                                    222

                                                                    exc

                                                                    222

                                                                    tube2exc 1

                                                                    28

                                                                    1xBr

                                                                    Rqp

                                                                    rpzpzyp excsi

                                                                    B

                                                                    x

                                                                    r

                                                                    B

                                                                    BX

                                                                    2πr

                                                                    95

                                                                    議論とまとめ

                                                                    結果の比較

                                                                    物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                    初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                    総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                    初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                    磁束管の半径 1000 km

                                                                    初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                    1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                    減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                    96

                                                                    断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                    議論とまとめ

                                                                    3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                    軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                    総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                    考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                    倍 )

                                                                    将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                    97

                                                                    1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                    太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                    太陽と磁場

                                                                    Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                    98

                                                                    活動領域と浮上磁場

                                                                    活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                    磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                    太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                    Zwaan (1985)

                                                                    Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                    99

                                                                    磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                    磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                    る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                    Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                    内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                    外圧 Pe

                                                                    ggf ieb )(

                                                                    100

                                                                    活動領域と浮上磁場

                                                                    AR 10926

                                                                    101

                                                                    磁束浮上シミュレーション

                                                                    磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                    102

                                                                    対流層内部における近似計算

                                                                    ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                    た 細管近似

                                                                    対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                    物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                    Caligari et al (1995)

                                                                    103

                                                                    対流層内部における近似計算

                                                                    非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                    大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                    中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                    Fan (2001a)104

                                                                    対流層内部における近似計算 (22)

                                                                    しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                    細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                    したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                    105

                                                                    浮上磁場シミュレーション

                                                                    光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                    的にコロナへ浮上

                                                                    対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                    Shibata et al (1989) 106

                                                                    光球付近での減速機構

                                                                    光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                    Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                    Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                    Magara (2001)

                                                                    107

                                                                    本研究の目的 (12)

                                                                    上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                    しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                    対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                    しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                    したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                    108

                                                                    本研究の目的 (22)

                                                                    そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                    対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                    典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                    典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                    本研究の目的

                                                                    減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                    2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                    典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                    典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                    数値モデル

                                                                    初期条件

                                                                    xH-400 0 400

                                                                    zH

                                                                    200

                                                                    100

                                                                    -200

                                                                    -100

                                                                    NX timesNZ

                                                                    =1536times1920

                                                                    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                    磁束の厚さD = 1000 km

                                                                    磁束の深さ -20000 km

                                                                    光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                    111

                                                                    LX = 16 万 km

                                                                    LZ = 8 万 km

                                                                    数値モデル (22)

                                                                    対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                    無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                    速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                    時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                    密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                    圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                    温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                    磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                    数値モデル (23)

                                                                    初期条件 (z 方向分布 )

                                                                    磁場BX

                                                                    密度ρ

                                                                    圧力 p

                                                                    温度 T

                                                                    対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                    113

                                                                    数値モデル (24)

                                                                    境界条件

                                                                    -400 0 400

                                                                    200

                                                                    100

                                                                    -200

                                                                    -100

                                                                    周期境界 対称境界

                                                                    減衰領域

                                                                    x H0

                                                                    z H0

                                                                    114

                                                                    数値モデル (14)

                                                                    初期条件

                                                                    x H0

                                                                    -400 0 400

                                                                    z H0

                                                                    200

                                                                    100

                                                                    -200

                                                                    -100

                                                                    NZ=1920

                                                                    NX=1536

                                                                    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                    width D

                                                                    z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                    115

                                                                    減速の物理 (34)

                                                                    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                    116

                                                                    減速の物理 (34)

                                                                    磁束シート上のプラズマ

                                                                    シート上にプラズマが蓄積する

                                                                    磁束シートの浮上

                                                                    磁束シートが平らになる

                                                                    減速

                                                                    117

                                                                    光球付近における減速

                                                                    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                    磁場

                                                                    密度差

                                                                    磁場

                                                                    密度差密度差

                                                                    磁場

                                                                    118

                                                                    5 パラメータ研究

                                                                    119

                                                                    パラメータ研究 (111)

                                                                    磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                    総磁束量 Φ

                                                                    を変えた計算を行った

                                                                    総磁束量 Φ

                                                                    磁場強度 BX

                                                                    120

                                                                    パラメータ研究 (211)

                                                                    2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                    点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                    121

                                                                    パラメータ研究 (311)

                                                                    減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                    122

                                                                    パラメータ研究 (511)

                                                                    2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                    123

                                                                    パラメータ研究 (611)

                                                                    2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                    124

                                                                    パラメータ研究 (711)

                                                                    times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                    125

                                                                    パラメータ研究 (811)

                                                                    密度磁力線速度場126

                                                                    パラメータ研究 (911)

                                                                    対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                    EmagEkin lt 1

                                                                    127

                                                                    パラメータ研究 (1011)

                                                                    times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                    軸方向計算のまとめ

                                                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                    減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                    129

                                                                    断面方向計算のまとめ

                                                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                    減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                    130

                                                                    Resistive Emergence Model

                                                                    Pariat et al (2004) Model established through

                                                                    observations Isobe et al (2007)

                                                                    2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                    3D simulations131

                                                                    Preceding Studies(13)

                                                                    Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                    force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                    that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                    132

                                                                    Preceding Studies(23)

                                                                    Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                    persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                    133

                                                                    Preceding Studies(33)

                                                                    Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                    gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                    Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                    zzz pF BJg

                                                                    134

                                                                    Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                    135

                                                                    Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                    Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                    magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                     rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                     rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                     rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                    Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                    136

                                                                    3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                    137

                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                    Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                    138

                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                    Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                    twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                    139

                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                    Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                    emerged

                                                                    q large direct emergence without a tongue

                                                                    q small two-step emergence with a tongue

                                                                    140

                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                    Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                    141

                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                    Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                    Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                    142

                                                                    Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                    Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                    Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                    Radius Rtube 5 25

                                                                    Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                                    Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                    Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                    Result Every q emerged q=01 failed

                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                    Miyagoshi et al Initial condition

                                                                    plasma β = P Pmag lt 1

                                                                    at the tube top Strong tubehellip

                                                                    143

                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                    Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                    on the initial twist q

                                                                    q large direct emergence

                                                                      Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                      Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                    144

                                                                    dVB

                                                                    E corona

                                                                    2

                                                                    mag 8

                                                                    Setup and Results

                                                                    Conditions

                                                                    q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                    145

                                                                    Our case Murray et al (2006)

                                                                    Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                    Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                    Radius Rtube 25 25

                                                                    Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                                    Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                    Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                    Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                    セットアップと計算結果

                                                                    結果 (x=0)

                                                                    146

                                                                    セットアップと計算結果

                                                                    結果 (y=0)

                                                                    147

                                                                    • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                    • 内容
                                                                    • 内容 (2)
                                                                    • 太陽活動と磁場
                                                                    • 活動領域と浮上磁場
                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                    • 先行研究の概観
                                                                    • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                    • 本研究の目的
                                                                    • 内容 (3)
                                                                    • 2次元計算2つのモード
                                                                    • 内容 (4)
                                                                    • 2次元軸方向計算
                                                                    • Slide 16
                                                                    • 光球付近における減速
                                                                    • パラメータ研究
                                                                    • 内容 (5)
                                                                    • 25次元断面方向計算
                                                                    • Slide 21
                                                                    • パラメータ研究 (2)
                                                                    • 2次元計算のまとめ
                                                                    • 内容 (6)
                                                                    • 3次元浮上磁場計算
                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                    • 内容 (7)
                                                                    • まとめ
                                                                    • 今後の課題
                                                                    • Fin
                                                                    • 1 Introduction
                                                                    • 2 Previous 2D Works
                                                                    • 3 3D Calculation
                                                                    • 4 Summary and Future Works
                                                                    • 4 What to Study in HAO
                                                                    • What to Study in HAO
                                                                    • 2-4 2D Parameter Study
                                                                    • Parameter Study
                                                                    • Parameter Study (2)
                                                                    • Parameter Study (3)
                                                                    • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                    • Parameter Study (4)
                                                                    • Parameter Survey
                                                                    • Parameter Survey (2)
                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                    • Parameter Survey (3)
                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                    • Parameter Study (5)
                                                                    • Parameter Study (6)
                                                                    • Parameter Study typical case
                                                                    • Slide 59
                                                                    • Parameter Study BX strong
                                                                    • Slide 61
                                                                    • Parameter Study BX weak
                                                                    • Slide 63
                                                                    • Parameter Study (7)
                                                                    • Parameter Study q weak
                                                                    • Slide 66
                                                                    • 3-1 Setup and Results
                                                                    • Setup
                                                                    • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                    • Appendix
                                                                    • Active Regions and Emerging Flux
                                                                    • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                    • 2-1 2D calculations
                                                                    • Slide 74
                                                                    • Deceleration near the Surface
                                                                    • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                    • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                    • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                    • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                    • Summary of 3D Work
                                                                    • Observation
                                                                    • Results qH0=005 (failed)
                                                                    • Results
                                                                    • Results (2)
                                                                    • Results (3)
                                                                    • Results (4)
                                                                    • Results (5)
                                                                    • Large-scale 3D calculation
                                                                    • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                    • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                    • Observation (2)
                                                                    • イントロダクション
                                                                    • 数値モデル
                                                                    • 議論とまとめ
                                                                    • 議論とまとめ (2)
                                                                    • 太陽と磁場
                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                    • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                    • 磁束浮上シミュレーション
                                                                    • 対流層内部における近似計算
                                                                    • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                    • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                    • 浮上磁場シミュレーション
                                                                    • 光球付近での減速機構
                                                                    • 本研究の目的 (12)
                                                                    • 本研究の目的 (22)
                                                                    • 本研究の目的 (4)
                                                                    • 数値モデル (2)
                                                                    • 数値モデル (22)
                                                                    • 数値モデル (23)
                                                                    • 数値モデル (24)
                                                                    • 数値モデル (14)
                                                                    • 減速の物理 (34)
                                                                    • 減速の物理 (34) (2)
                                                                    • 光球付近における減速 (2)
                                                                    • 5 パラメータ研究
                                                                    • パラメータ研究 (111)
                                                                    • パラメータ研究 (211)
                                                                    • パラメータ研究 (311)
                                                                    • パラメータ研究 (511)
                                                                    • パラメータ研究 (611)
                                                                    • パラメータ研究 (711)
                                                                    • パラメータ研究 (811)
                                                                    • パラメータ研究 (911)
                                                                    • パラメータ研究 (1011)
                                                                    • 軸方向計算のまとめ
                                                                    • 断面方向計算のまとめ
                                                                    • Resistive Emergence Model
                                                                    • Preceding Studies(13)
                                                                    • Preceding Studies(23)
                                                                    • Preceding Studies(33)
                                                                    • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                    • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                    • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                    • Setup and Results
                                                                    • セットアップと計算結果
                                                                    • セットアップと計算結果 (2)

                                                                      内容

                                                                      1 イントロダクション2 これまでの研究について

                                                                      1 2 次元軸方向計算2 25 次元断面方向計算3 (光球直下からの 3 次元浮上磁場計算)

                                                                      3 3 次元浮上磁場計算4 まとめと今後の課題 Appendix

                                                                      35

                                                                      まとめ

                                                                      深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                                                                      磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                                                                      36

                                                                      観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                                                                      光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                                                                      今後の課題

                                                                      複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                                                                      黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                                                                      パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                                                                      輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                                                                      37

                                                                      FinThank you for your attention

                                                                      1 Introduction

                                                                      39

                                                                      2 Previous 2D Works

                                                                      40

                                                                      3 3D Calculation

                                                                      41

                                                                      4 Summary and Future Works

                                                                      42

                                                                      4 What to Study in HAO

                                                                      43

                                                                      What to Study in HAO

                                                                      Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                                                      Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                                                      Others Interaction between emerging flux and the convection

                                                                      44

                                                                      2-4 2D Parameter Study

                                                                      45

                                                                      Parameter Study

                                                                      Varying

                                                                      Field strength BX

                                                                      Total flux Φ

                                                                      to study the condition of the flux emergence

                                                                      Total flux Φ

                                                                      Field strength BX

                                                                      46

                                                                      Parameter Study

                                                                      two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                                                      dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                      47

                                                                      Parameter Study

                                                                      Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                                                      48

                                                                      Parameter Study BX-Φ too strong

                                                                      49

                                                                      Density field lines and velocity vectors

                                                                      Parameter Study

                                                                      Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                                                      50

                                                                      Parameter Survey

                                                                      Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                                                      51

                                                                      Parameter Survey

                                                                      times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                                      52

                                                                      Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                      53

                                                                      Density field lines and velocity vectors

                                                                      Parameter Survey

                                                                      times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                                      54

                                                                      Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                      55

                                                                      Density field lines and velocity vectors

                                                                      Parameter Study

                                                                      Varying

                                                                      Field strength BX

                                                                      Initial twist q

                                                                      to study the condition of the flux emergence

                                                                      Initial twist q

                                                                      Field strength BX

                                                                      56

                                                                      Parameter Study

                                                                      Varying axial field strength BX

                                                                      57

                                                                      Parameter Study typical case

                                                                      Varying axial field strength BX

                                                                      58

                                                                      59

                                                                      Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                      Parameter Study typical case

                                                                      Parameter Study BX strong

                                                                      Varying axial field strength BX

                                                                      60

                                                                      61

                                                                      Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                      Parameter Study BX strong

                                                                      Parameter Study BX weak

                                                                      Varying axial field strength BX

                                                                      62

                                                                      63

                                                                      Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                      Parameter Study BX weak

                                                                      Parameter Study

                                                                      Varying initial twist q

                                                                      64

                                                                      Parameter Study q weak

                                                                      Varying initial twist q

                                                                      65

                                                                      66

                                                                      Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                      Parameter Study q weak

                                                                      3-1 Setup and Results

                                                                      67

                                                                      Setup

                                                                      Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                      qH0=01 case rarr

                                                                      68

                                                                      rqrBrB x

                                                                      2

                                                                      tube

                                                                      2

                                                                      tube expR

                                                                      rBrBx

                                                                      3-2 Summary of 3D Work

                                                                      69

                                                                      Appendix

                                                                      70

                                                                      Active Regions and Emerging Flux

                                                                      71

                                                                      North Pole

                                                                      Equator

                                                                      Convection Zone

                                                                      Radiative Zone

                                                                      Core

                                                                      Zwaan (1985)

                                                                      Active Regions and Emerging Flux

                                                                      Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                      (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                      72

                                                                      North Pole

                                                                      Equator

                                                                      Convection Zone

                                                                      Radiative Zone

                                                                      Core

                                                                      2-1 2D calculations

                                                                      73

                                                                      Apex of the Emerging Loop

                                                                      Height Zapex

                                                                      Rise Velocity VZapex

                                                                      Surfacerarr

                                                                      74

                                                                      -20000 kmrarr

                                                                      Axial Calculation Results

                                                                      Magneticflux

                                                                      Accumulateddensity

                                                                      Magneticflux

                                                                      Accumulateddensity

                                                                      Accumulateddensity

                                                                      Magneticflux

                                                                      Deceleration near the Surface

                                                                      Accumulated density

                                                                      75

                                                                      0 t

                                                                      2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                      76

                                                                      2-3 Summary of 2D Works

                                                                      77

                                                                      2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                      78

                                                                      Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                      79

                                                                      Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                      80

                                                                      Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                      81

                                                                      Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                      Logarithmic density

                                                                      Summary of 3D Work

                                                                      Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                      Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                      82

                                                                      Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                      decelerates and

                                                                      expands horizontally

                                                                      Otsuji et al (2010)83

                                                                      Observation

                                                                      Results qH0=005 (failed)

                                                                      84

                                                                      Results

                                                                      Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                      85

                                                                      q large

                                                                      q small

                                                                      Results

                                                                      Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                      86

                                                                      Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                      Results

                                                                      Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                      87

                                                                      Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                      Results

                                                                      Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                      q large obeys the initial

                                                                      q2 law because the tube

                                                                      keeps its coherency q small Emag increases

                                                                      because it takes more time

                                                                      to emerge to the corona

                                                                      and Emag is stored in the

                                                                      photospheric tongue 88

                                                                      dVB

                                                                      Ez

                                                                      0

                                                                      2

                                                                      mag 8

                                                                      Results

                                                                      Cross-section when

                                                                      the apex reaches zH0=40

                                                                      89

                                                                      Large-scale 3D calculation

                                                                      Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                      90

                                                                      Large-scale 3D calculation

                                                                      Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                      91

                                                                      Large-scale 3D calculation

                                                                      Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                      92

                                                                      Observation

                                                                      Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                      decelerates and

                                                                      expands horizontally

                                                                      Otsuji et al (2010)93

                                                                      イントロダクション

                                                                      ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                      考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                      (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                      94

                                                                      数値モデル

                                                                      初期磁束管 exp型分布

                                                                      ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                      磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                      磁束管の内部圧力を

                                                                        と表すこのとき force balance

                                                                       が保たれるよう

                                                                       とする

                                                                      rqrBrB x

                                                                      2

                                                                      tube

                                                                      2

                                                                      tube expR

                                                                      rBrBx

                                                                      r

                                                                      BBB

                                                                      dr

                                                                      d

                                                                      dr

                                                                      dp x

                                                                      48

                                                                      222

                                                                      exc

                                                                      222

                                                                      tube2exc 1

                                                                      28

                                                                      1xBr

                                                                      Rqp

                                                                      rpzpzyp excsi

                                                                      B

                                                                      x

                                                                      r

                                                                      B

                                                                      BX

                                                                      2πr

                                                                      95

                                                                      議論とまとめ

                                                                      結果の比較

                                                                      物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                      初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                      総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                      初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                      磁束管の半径 1000 km

                                                                      初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                      1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                      減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                      96

                                                                      断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                      議論とまとめ

                                                                      3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                      軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                      総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                      考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                      倍 )

                                                                      将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                      97

                                                                      1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                      太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                      太陽と磁場

                                                                      Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                      98

                                                                      活動領域と浮上磁場

                                                                      活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                      磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                      太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                      Zwaan (1985)

                                                                      Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                      99

                                                                      磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                      磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                      る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                      Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                      内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                      外圧 Pe

                                                                      ggf ieb )(

                                                                      100

                                                                      活動領域と浮上磁場

                                                                      AR 10926

                                                                      101

                                                                      磁束浮上シミュレーション

                                                                      磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                      102

                                                                      対流層内部における近似計算

                                                                      ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                      た 細管近似

                                                                      対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                      物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                      Caligari et al (1995)

                                                                      103

                                                                      対流層内部における近似計算

                                                                      非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                      大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                      中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                      Fan (2001a)104

                                                                      対流層内部における近似計算 (22)

                                                                      しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                      細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                      したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                      105

                                                                      浮上磁場シミュレーション

                                                                      光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                      的にコロナへ浮上

                                                                      対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                      Shibata et al (1989) 106

                                                                      光球付近での減速機構

                                                                      光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                      Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                      Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                      Magara (2001)

                                                                      107

                                                                      本研究の目的 (12)

                                                                      上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                      しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                      対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                      しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                      したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                      108

                                                                      本研究の目的 (22)

                                                                      そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                      対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                      典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                      典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                      本研究の目的

                                                                      減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                      2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                      典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                      典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                      数値モデル

                                                                      初期条件

                                                                      xH-400 0 400

                                                                      zH

                                                                      200

                                                                      100

                                                                      -200

                                                                      -100

                                                                      NX timesNZ

                                                                      =1536times1920

                                                                      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                      磁束の厚さD = 1000 km

                                                                      磁束の深さ -20000 km

                                                                      光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                      111

                                                                      LX = 16 万 km

                                                                      LZ = 8 万 km

                                                                      数値モデル (22)

                                                                      対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                      無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                      速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                      時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                      密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                      圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                      温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                      磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                      数値モデル (23)

                                                                      初期条件 (z 方向分布 )

                                                                      磁場BX

                                                                      密度ρ

                                                                      圧力 p

                                                                      温度 T

                                                                      対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                      113

                                                                      数値モデル (24)

                                                                      境界条件

                                                                      -400 0 400

                                                                      200

                                                                      100

                                                                      -200

                                                                      -100

                                                                      周期境界 対称境界

                                                                      減衰領域

                                                                      x H0

                                                                      z H0

                                                                      114

                                                                      数値モデル (14)

                                                                      初期条件

                                                                      x H0

                                                                      -400 0 400

                                                                      z H0

                                                                      200

                                                                      100

                                                                      -200

                                                                      -100

                                                                      NZ=1920

                                                                      NX=1536

                                                                      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                      width D

                                                                      z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                      115

                                                                      減速の物理 (34)

                                                                      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                      116

                                                                      減速の物理 (34)

                                                                      磁束シート上のプラズマ

                                                                      シート上にプラズマが蓄積する

                                                                      磁束シートの浮上

                                                                      磁束シートが平らになる

                                                                      減速

                                                                      117

                                                                      光球付近における減速

                                                                      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                      磁場

                                                                      密度差

                                                                      磁場

                                                                      密度差密度差

                                                                      磁場

                                                                      118

                                                                      5 パラメータ研究

                                                                      119

                                                                      パラメータ研究 (111)

                                                                      磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                      総磁束量 Φ

                                                                      を変えた計算を行った

                                                                      総磁束量 Φ

                                                                      磁場強度 BX

                                                                      120

                                                                      パラメータ研究 (211)

                                                                      2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                      点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                      121

                                                                      パラメータ研究 (311)

                                                                      減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                      122

                                                                      パラメータ研究 (511)

                                                                      2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                      123

                                                                      パラメータ研究 (611)

                                                                      2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                      124

                                                                      パラメータ研究 (711)

                                                                      times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                      125

                                                                      パラメータ研究 (811)

                                                                      密度磁力線速度場126

                                                                      パラメータ研究 (911)

                                                                      対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                      EmagEkin lt 1

                                                                      127

                                                                      パラメータ研究 (1011)

                                                                      times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                      軸方向計算のまとめ

                                                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                      減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                      129

                                                                      断面方向計算のまとめ

                                                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                      減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                      130

                                                                      Resistive Emergence Model

                                                                      Pariat et al (2004) Model established through

                                                                      observations Isobe et al (2007)

                                                                      2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                      3D simulations131

                                                                      Preceding Studies(13)

                                                                      Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                      force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                      that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                      132

                                                                      Preceding Studies(23)

                                                                      Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                      persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                      133

                                                                      Preceding Studies(33)

                                                                      Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                      gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                      Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                      zzz pF BJg

                                                                      134

                                                                      Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                      135

                                                                      Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                      Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                      magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                       rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                       rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                       rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                      Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                      136

                                                                      3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                      137

                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                      Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                      138

                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                      Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                      twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                      139

                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                      Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                      emerged

                                                                      q large direct emergence without a tongue

                                                                      q small two-step emergence with a tongue

                                                                      140

                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                      Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                      141

                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                      Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                      Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                      142

                                                                      Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                      Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                      Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                      Radius Rtube 5 25

                                                                      Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                                      Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                      Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                      Result Every q emerged q=01 failed

                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                      Miyagoshi et al Initial condition

                                                                      plasma β = P Pmag lt 1

                                                                      at the tube top Strong tubehellip

                                                                      143

                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                      Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                      on the initial twist q

                                                                      q large direct emergence

                                                                        Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                        Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                      144

                                                                      dVB

                                                                      E corona

                                                                      2

                                                                      mag 8

                                                                      Setup and Results

                                                                      Conditions

                                                                      q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                      145

                                                                      Our case Murray et al (2006)

                                                                      Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                      Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                      Radius Rtube 25 25

                                                                      Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                                      Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                      Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                      Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                      セットアップと計算結果

                                                                      結果 (x=0)

                                                                      146

                                                                      セットアップと計算結果

                                                                      結果 (y=0)

                                                                      147

                                                                      • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                      • 内容
                                                                      • 内容 (2)
                                                                      • 太陽活動と磁場
                                                                      • 活動領域と浮上磁場
                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                      • 先行研究の概観
                                                                      • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                      • 本研究の目的
                                                                      • 内容 (3)
                                                                      • 2次元計算2つのモード
                                                                      • 内容 (4)
                                                                      • 2次元軸方向計算
                                                                      • Slide 16
                                                                      • 光球付近における減速
                                                                      • パラメータ研究
                                                                      • 内容 (5)
                                                                      • 25次元断面方向計算
                                                                      • Slide 21
                                                                      • パラメータ研究 (2)
                                                                      • 2次元計算のまとめ
                                                                      • 内容 (6)
                                                                      • 3次元浮上磁場計算
                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                      • 内容 (7)
                                                                      • まとめ
                                                                      • 今後の課題
                                                                      • Fin
                                                                      • 1 Introduction
                                                                      • 2 Previous 2D Works
                                                                      • 3 3D Calculation
                                                                      • 4 Summary and Future Works
                                                                      • 4 What to Study in HAO
                                                                      • What to Study in HAO
                                                                      • 2-4 2D Parameter Study
                                                                      • Parameter Study
                                                                      • Parameter Study (2)
                                                                      • Parameter Study (3)
                                                                      • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                      • Parameter Study (4)
                                                                      • Parameter Survey
                                                                      • Parameter Survey (2)
                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                      • Parameter Survey (3)
                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                      • Parameter Study (5)
                                                                      • Parameter Study (6)
                                                                      • Parameter Study typical case
                                                                      • Slide 59
                                                                      • Parameter Study BX strong
                                                                      • Slide 61
                                                                      • Parameter Study BX weak
                                                                      • Slide 63
                                                                      • Parameter Study (7)
                                                                      • Parameter Study q weak
                                                                      • Slide 66
                                                                      • 3-1 Setup and Results
                                                                      • Setup
                                                                      • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                      • Appendix
                                                                      • Active Regions and Emerging Flux
                                                                      • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                      • 2-1 2D calculations
                                                                      • Slide 74
                                                                      • Deceleration near the Surface
                                                                      • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                      • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                      • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                      • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                      • Summary of 3D Work
                                                                      • Observation
                                                                      • Results qH0=005 (failed)
                                                                      • Results
                                                                      • Results (2)
                                                                      • Results (3)
                                                                      • Results (4)
                                                                      • Results (5)
                                                                      • Large-scale 3D calculation
                                                                      • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                      • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                      • Observation (2)
                                                                      • イントロダクション
                                                                      • 数値モデル
                                                                      • 議論とまとめ
                                                                      • 議論とまとめ (2)
                                                                      • 太陽と磁場
                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                      • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                      • 磁束浮上シミュレーション
                                                                      • 対流層内部における近似計算
                                                                      • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                      • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                      • 浮上磁場シミュレーション
                                                                      • 光球付近での減速機構
                                                                      • 本研究の目的 (12)
                                                                      • 本研究の目的 (22)
                                                                      • 本研究の目的 (4)
                                                                      • 数値モデル (2)
                                                                      • 数値モデル (22)
                                                                      • 数値モデル (23)
                                                                      • 数値モデル (24)
                                                                      • 数値モデル (14)
                                                                      • 減速の物理 (34)
                                                                      • 減速の物理 (34) (2)
                                                                      • 光球付近における減速 (2)
                                                                      • 5 パラメータ研究
                                                                      • パラメータ研究 (111)
                                                                      • パラメータ研究 (211)
                                                                      • パラメータ研究 (311)
                                                                      • パラメータ研究 (511)
                                                                      • パラメータ研究 (611)
                                                                      • パラメータ研究 (711)
                                                                      • パラメータ研究 (811)
                                                                      • パラメータ研究 (911)
                                                                      • パラメータ研究 (1011)
                                                                      • 軸方向計算のまとめ
                                                                      • 断面方向計算のまとめ
                                                                      • Resistive Emergence Model
                                                                      • Preceding Studies(13)
                                                                      • Preceding Studies(23)
                                                                      • Preceding Studies(33)
                                                                      • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                      • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                      • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                      • Setup and Results
                                                                      • セットアップと計算結果
                                                                      • セットアップと計算結果 (2)

                                                                        まとめ

                                                                        深さ 2 万 km からの 2 次元 3 次元浮上磁場計算 磁束は磁気浮力により対流層を浮上する 光球付近で減速しつつ水平な磁場構造を形成する 上空にひとつまたは複数の磁気ドームを形成する 3 次元計算では光球において交換モード不安定が生じ

                                                                        磁気要素の分裂(=浮上)とシア運動が見られた

                                                                        36

                                                                        観測との比較 磁気要素の分裂シア運動は実際の観測に一致 垂直シートモデル (Strous amp Zwaan 1999) は

                                                                        光球付近の水平な磁気構造から交換モード不安定によって磁力線が浮上したものと考えられる

                                                                        今後の課題

                                                                        複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                                                                        黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                                                                        パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                                                                        輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                                                                        37

                                                                        FinThank you for your attention

                                                                        1 Introduction

                                                                        39

                                                                        2 Previous 2D Works

                                                                        40

                                                                        3 3D Calculation

                                                                        41

                                                                        4 Summary and Future Works

                                                                        42

                                                                        4 What to Study in HAO

                                                                        43

                                                                        What to Study in HAO

                                                                        Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                                                        Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                                                        Others Interaction between emerging flux and the convection

                                                                        44

                                                                        2-4 2D Parameter Study

                                                                        45

                                                                        Parameter Study

                                                                        Varying

                                                                        Field strength BX

                                                                        Total flux Φ

                                                                        to study the condition of the flux emergence

                                                                        Total flux Φ

                                                                        Field strength BX

                                                                        46

                                                                        Parameter Study

                                                                        two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                                                        dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                        47

                                                                        Parameter Study

                                                                        Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                                                        48

                                                                        Parameter Study BX-Φ too strong

                                                                        49

                                                                        Density field lines and velocity vectors

                                                                        Parameter Study

                                                                        Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                                                        50

                                                                        Parameter Survey

                                                                        Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                                                        51

                                                                        Parameter Survey

                                                                        times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                                        52

                                                                        Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                        53

                                                                        Density field lines and velocity vectors

                                                                        Parameter Survey

                                                                        times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                                        54

                                                                        Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                        55

                                                                        Density field lines and velocity vectors

                                                                        Parameter Study

                                                                        Varying

                                                                        Field strength BX

                                                                        Initial twist q

                                                                        to study the condition of the flux emergence

                                                                        Initial twist q

                                                                        Field strength BX

                                                                        56

                                                                        Parameter Study

                                                                        Varying axial field strength BX

                                                                        57

                                                                        Parameter Study typical case

                                                                        Varying axial field strength BX

                                                                        58

                                                                        59

                                                                        Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                        Parameter Study typical case

                                                                        Parameter Study BX strong

                                                                        Varying axial field strength BX

                                                                        60

                                                                        61

                                                                        Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                        Parameter Study BX strong

                                                                        Parameter Study BX weak

                                                                        Varying axial field strength BX

                                                                        62

                                                                        63

                                                                        Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                        Parameter Study BX weak

                                                                        Parameter Study

                                                                        Varying initial twist q

                                                                        64

                                                                        Parameter Study q weak

                                                                        Varying initial twist q

                                                                        65

                                                                        66

                                                                        Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                        Parameter Study q weak

                                                                        3-1 Setup and Results

                                                                        67

                                                                        Setup

                                                                        Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                        qH0=01 case rarr

                                                                        68

                                                                        rqrBrB x

                                                                        2

                                                                        tube

                                                                        2

                                                                        tube expR

                                                                        rBrBx

                                                                        3-2 Summary of 3D Work

                                                                        69

                                                                        Appendix

                                                                        70

                                                                        Active Regions and Emerging Flux

                                                                        71

                                                                        North Pole

                                                                        Equator

                                                                        Convection Zone

                                                                        Radiative Zone

                                                                        Core

                                                                        Zwaan (1985)

                                                                        Active Regions and Emerging Flux

                                                                        Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                        (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                        72

                                                                        North Pole

                                                                        Equator

                                                                        Convection Zone

                                                                        Radiative Zone

                                                                        Core

                                                                        2-1 2D calculations

                                                                        73

                                                                        Apex of the Emerging Loop

                                                                        Height Zapex

                                                                        Rise Velocity VZapex

                                                                        Surfacerarr

                                                                        74

                                                                        -20000 kmrarr

                                                                        Axial Calculation Results

                                                                        Magneticflux

                                                                        Accumulateddensity

                                                                        Magneticflux

                                                                        Accumulateddensity

                                                                        Accumulateddensity

                                                                        Magneticflux

                                                                        Deceleration near the Surface

                                                                        Accumulated density

                                                                        75

                                                                        0 t

                                                                        2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                        76

                                                                        2-3 Summary of 2D Works

                                                                        77

                                                                        2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                        78

                                                                        Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                        79

                                                                        Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                        80

                                                                        Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                        81

                                                                        Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                        Logarithmic density

                                                                        Summary of 3D Work

                                                                        Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                        Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                        82

                                                                        Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                        decelerates and

                                                                        expands horizontally

                                                                        Otsuji et al (2010)83

                                                                        Observation

                                                                        Results qH0=005 (failed)

                                                                        84

                                                                        Results

                                                                        Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                        85

                                                                        q large

                                                                        q small

                                                                        Results

                                                                        Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                        86

                                                                        Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                        Results

                                                                        Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                        87

                                                                        Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                        Results

                                                                        Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                        q large obeys the initial

                                                                        q2 law because the tube

                                                                        keeps its coherency q small Emag increases

                                                                        because it takes more time

                                                                        to emerge to the corona

                                                                        and Emag is stored in the

                                                                        photospheric tongue 88

                                                                        dVB

                                                                        Ez

                                                                        0

                                                                        2

                                                                        mag 8

                                                                        Results

                                                                        Cross-section when

                                                                        the apex reaches zH0=40

                                                                        89

                                                                        Large-scale 3D calculation

                                                                        Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                        90

                                                                        Large-scale 3D calculation

                                                                        Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                        91

                                                                        Large-scale 3D calculation

                                                                        Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                        92

                                                                        Observation

                                                                        Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                        decelerates and

                                                                        expands horizontally

                                                                        Otsuji et al (2010)93

                                                                        イントロダクション

                                                                        ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                        考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                        (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                        94

                                                                        数値モデル

                                                                        初期磁束管 exp型分布

                                                                        ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                        磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                        磁束管の内部圧力を

                                                                          と表すこのとき force balance

                                                                         が保たれるよう

                                                                         とする

                                                                        rqrBrB x

                                                                        2

                                                                        tube

                                                                        2

                                                                        tube expR

                                                                        rBrBx

                                                                        r

                                                                        BBB

                                                                        dr

                                                                        d

                                                                        dr

                                                                        dp x

                                                                        48

                                                                        222

                                                                        exc

                                                                        222

                                                                        tube2exc 1

                                                                        28

                                                                        1xBr

                                                                        Rqp

                                                                        rpzpzyp excsi

                                                                        B

                                                                        x

                                                                        r

                                                                        B

                                                                        BX

                                                                        2πr

                                                                        95

                                                                        議論とまとめ

                                                                        結果の比較

                                                                        物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                        初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                        総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                        初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                        磁束管の半径 1000 km

                                                                        初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                        1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                        減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                        96

                                                                        断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                        議論とまとめ

                                                                        3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                        軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                        総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                        考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                        倍 )

                                                                        将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                        97

                                                                        1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                        太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                        太陽と磁場

                                                                        Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                        98

                                                                        活動領域と浮上磁場

                                                                        活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                        磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                        太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                        Zwaan (1985)

                                                                        Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                        99

                                                                        磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                        磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                        る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                        Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                        内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                        外圧 Pe

                                                                        ggf ieb )(

                                                                        100

                                                                        活動領域と浮上磁場

                                                                        AR 10926

                                                                        101

                                                                        磁束浮上シミュレーション

                                                                        磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                        102

                                                                        対流層内部における近似計算

                                                                        ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                        た 細管近似

                                                                        対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                        物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                        Caligari et al (1995)

                                                                        103

                                                                        対流層内部における近似計算

                                                                        非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                        大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                        中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                        Fan (2001a)104

                                                                        対流層内部における近似計算 (22)

                                                                        しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                        細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                        したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                        105

                                                                        浮上磁場シミュレーション

                                                                        光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                        的にコロナへ浮上

                                                                        対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                        Shibata et al (1989) 106

                                                                        光球付近での減速機構

                                                                        光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                        Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                        Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                        Magara (2001)

                                                                        107

                                                                        本研究の目的 (12)

                                                                        上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                        しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                        対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                        しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                        したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                        108

                                                                        本研究の目的 (22)

                                                                        そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                        対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                        典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                        典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                        本研究の目的

                                                                        減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                        2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                        典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                        典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                        数値モデル

                                                                        初期条件

                                                                        xH-400 0 400

                                                                        zH

                                                                        200

                                                                        100

                                                                        -200

                                                                        -100

                                                                        NX timesNZ

                                                                        =1536times1920

                                                                        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                        磁束の厚さD = 1000 km

                                                                        磁束の深さ -20000 km

                                                                        光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                        111

                                                                        LX = 16 万 km

                                                                        LZ = 8 万 km

                                                                        数値モデル (22)

                                                                        対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                        無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                        速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                        時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                        密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                        圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                        温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                        磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                        数値モデル (23)

                                                                        初期条件 (z 方向分布 )

                                                                        磁場BX

                                                                        密度ρ

                                                                        圧力 p

                                                                        温度 T

                                                                        対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                        113

                                                                        数値モデル (24)

                                                                        境界条件

                                                                        -400 0 400

                                                                        200

                                                                        100

                                                                        -200

                                                                        -100

                                                                        周期境界 対称境界

                                                                        減衰領域

                                                                        x H0

                                                                        z H0

                                                                        114

                                                                        数値モデル (14)

                                                                        初期条件

                                                                        x H0

                                                                        -400 0 400

                                                                        z H0

                                                                        200

                                                                        100

                                                                        -200

                                                                        -100

                                                                        NZ=1920

                                                                        NX=1536

                                                                        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                        width D

                                                                        z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                        115

                                                                        減速の物理 (34)

                                                                        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                        116

                                                                        減速の物理 (34)

                                                                        磁束シート上のプラズマ

                                                                        シート上にプラズマが蓄積する

                                                                        磁束シートの浮上

                                                                        磁束シートが平らになる

                                                                        減速

                                                                        117

                                                                        光球付近における減速

                                                                        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                        磁場

                                                                        密度差

                                                                        磁場

                                                                        密度差密度差

                                                                        磁場

                                                                        118

                                                                        5 パラメータ研究

                                                                        119

                                                                        パラメータ研究 (111)

                                                                        磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                        総磁束量 Φ

                                                                        を変えた計算を行った

                                                                        総磁束量 Φ

                                                                        磁場強度 BX

                                                                        120

                                                                        パラメータ研究 (211)

                                                                        2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                        点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                        121

                                                                        パラメータ研究 (311)

                                                                        減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                        122

                                                                        パラメータ研究 (511)

                                                                        2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                        123

                                                                        パラメータ研究 (611)

                                                                        2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                        124

                                                                        パラメータ研究 (711)

                                                                        times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                        125

                                                                        パラメータ研究 (811)

                                                                        密度磁力線速度場126

                                                                        パラメータ研究 (911)

                                                                        対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                        EmagEkin lt 1

                                                                        127

                                                                        パラメータ研究 (1011)

                                                                        times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                        軸方向計算のまとめ

                                                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                        減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                        129

                                                                        断面方向計算のまとめ

                                                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                        減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                        130

                                                                        Resistive Emergence Model

                                                                        Pariat et al (2004) Model established through

                                                                        observations Isobe et al (2007)

                                                                        2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                        3D simulations131

                                                                        Preceding Studies(13)

                                                                        Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                        force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                        that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                        132

                                                                        Preceding Studies(23)

                                                                        Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                        persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                        133

                                                                        Preceding Studies(33)

                                                                        Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                        gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                        Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                        zzz pF BJg

                                                                        134

                                                                        Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                        135

                                                                        Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                        Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                        magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                         rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                         rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                         rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                        Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                        136

                                                                        3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                        137

                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                        Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                        138

                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                        Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                        twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                        139

                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                        Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                        emerged

                                                                        q large direct emergence without a tongue

                                                                        q small two-step emergence with a tongue

                                                                        140

                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                        Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                        141

                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                        Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                        Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                        142

                                                                        Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                        Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                        Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                        Radius Rtube 5 25

                                                                        Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                                        Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                        Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                        Result Every q emerged q=01 failed

                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                        Miyagoshi et al Initial condition

                                                                        plasma β = P Pmag lt 1

                                                                        at the tube top Strong tubehellip

                                                                        143

                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                        Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                        on the initial twist q

                                                                        q large direct emergence

                                                                          Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                          Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                        144

                                                                        dVB

                                                                        E corona

                                                                        2

                                                                        mag 8

                                                                        Setup and Results

                                                                        Conditions

                                                                        q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                        145

                                                                        Our case Murray et al (2006)

                                                                        Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                        Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                        Radius Rtube 25 25

                                                                        Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                                        Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                        Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                        Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                        セットアップと計算結果

                                                                        結果 (x=0)

                                                                        146

                                                                        セットアップと計算結果

                                                                        結果 (y=0)

                                                                        147

                                                                        • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                        • 内容
                                                                        • 内容 (2)
                                                                        • 太陽活動と磁場
                                                                        • 活動領域と浮上磁場
                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                        • 先行研究の概観
                                                                        • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                        • 本研究の目的
                                                                        • 内容 (3)
                                                                        • 2次元計算2つのモード
                                                                        • 内容 (4)
                                                                        • 2次元軸方向計算
                                                                        • Slide 16
                                                                        • 光球付近における減速
                                                                        • パラメータ研究
                                                                        • 内容 (5)
                                                                        • 25次元断面方向計算
                                                                        • Slide 21
                                                                        • パラメータ研究 (2)
                                                                        • 2次元計算のまとめ
                                                                        • 内容 (6)
                                                                        • 3次元浮上磁場計算
                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                        • 内容 (7)
                                                                        • まとめ
                                                                        • 今後の課題
                                                                        • Fin
                                                                        • 1 Introduction
                                                                        • 2 Previous 2D Works
                                                                        • 3 3D Calculation
                                                                        • 4 Summary and Future Works
                                                                        • 4 What to Study in HAO
                                                                        • What to Study in HAO
                                                                        • 2-4 2D Parameter Study
                                                                        • Parameter Study
                                                                        • Parameter Study (2)
                                                                        • Parameter Study (3)
                                                                        • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                        • Parameter Study (4)
                                                                        • Parameter Survey
                                                                        • Parameter Survey (2)
                                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                        • Parameter Survey (3)
                                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                        • Parameter Study (5)
                                                                        • Parameter Study (6)
                                                                        • Parameter Study typical case
                                                                        • Slide 59
                                                                        • Parameter Study BX strong
                                                                        • Slide 61
                                                                        • Parameter Study BX weak
                                                                        • Slide 63
                                                                        • Parameter Study (7)
                                                                        • Parameter Study q weak
                                                                        • Slide 66
                                                                        • 3-1 Setup and Results
                                                                        • Setup
                                                                        • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                        • Appendix
                                                                        • Active Regions and Emerging Flux
                                                                        • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                        • 2-1 2D calculations
                                                                        • Slide 74
                                                                        • Deceleration near the Surface
                                                                        • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                        • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                        • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                        • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                        • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                        • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                        • Summary of 3D Work
                                                                        • Observation
                                                                        • Results qH0=005 (failed)
                                                                        • Results
                                                                        • Results (2)
                                                                        • Results (3)
                                                                        • Results (4)
                                                                        • Results (5)
                                                                        • Large-scale 3D calculation
                                                                        • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                        • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                        • Observation (2)
                                                                        • イントロダクション
                                                                        • 数値モデル
                                                                        • 議論とまとめ
                                                                        • 議論とまとめ (2)
                                                                        • 太陽と磁場
                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                        • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                        • 磁束浮上シミュレーション
                                                                        • 対流層内部における近似計算
                                                                        • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                        • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                        • 浮上磁場シミュレーション
                                                                        • 光球付近での減速機構
                                                                        • 本研究の目的 (12)
                                                                        • 本研究の目的 (22)
                                                                        • 本研究の目的 (4)
                                                                        • 数値モデル (2)
                                                                        • 数値モデル (22)
                                                                        • 数値モデル (23)
                                                                        • 数値モデル (24)
                                                                        • 数値モデル (14)
                                                                        • 減速の物理 (34)
                                                                        • 減速の物理 (34) (2)
                                                                        • 光球付近における減速 (2)
                                                                        • 5 パラメータ研究
                                                                        • パラメータ研究 (111)
                                                                        • パラメータ研究 (211)
                                                                        • パラメータ研究 (311)
                                                                        • パラメータ研究 (511)
                                                                        • パラメータ研究 (611)
                                                                        • パラメータ研究 (711)
                                                                        • パラメータ研究 (811)
                                                                        • パラメータ研究 (911)
                                                                        • パラメータ研究 (1011)
                                                                        • 軸方向計算のまとめ
                                                                        • 断面方向計算のまとめ
                                                                        • Resistive Emergence Model
                                                                        • Preceding Studies(13)
                                                                        • Preceding Studies(23)
                                                                        • Preceding Studies(33)
                                                                        • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                        • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                        • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                        • Setup and Results
                                                                        • セットアップと計算結果
                                                                        • セットアップと計算結果 (2)

                                                                          今後の課題

                                                                          複数の磁気ドーム単一のコロナループは形成されるのか

                                                                          黒点の形成 磁気要素が集合して黒点は形成されるか

                                                                          パラメータ研究 磁場強度ねじれ強度などを変えてモデルの普遍性を確認したい

                                                                          輻射過程 光球付近では輻射が強く作用する 対流はどの程度影響を及ぼすのか

                                                                          37

                                                                          FinThank you for your attention

                                                                          1 Introduction

                                                                          39

                                                                          2 Previous 2D Works

                                                                          40

                                                                          3 3D Calculation

                                                                          41

                                                                          4 Summary and Future Works

                                                                          42

                                                                          4 What to Study in HAO

                                                                          43

                                                                          What to Study in HAO

                                                                          Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                                                          Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                                                          Others Interaction between emerging flux and the convection

                                                                          44

                                                                          2-4 2D Parameter Study

                                                                          45

                                                                          Parameter Study

                                                                          Varying

                                                                          Field strength BX

                                                                          Total flux Φ

                                                                          to study the condition of the flux emergence

                                                                          Total flux Φ

                                                                          Field strength BX

                                                                          46

                                                                          Parameter Study

                                                                          two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                                                          dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                          47

                                                                          Parameter Study

                                                                          Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                                                          48

                                                                          Parameter Study BX-Φ too strong

                                                                          49

                                                                          Density field lines and velocity vectors

                                                                          Parameter Study

                                                                          Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                                                          50

                                                                          Parameter Survey

                                                                          Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                                                          51

                                                                          Parameter Survey

                                                                          times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                                          52

                                                                          Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                          53

                                                                          Density field lines and velocity vectors

                                                                          Parameter Survey

                                                                          times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                                          54

                                                                          Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                          55

                                                                          Density field lines and velocity vectors

                                                                          Parameter Study

                                                                          Varying

                                                                          Field strength BX

                                                                          Initial twist q

                                                                          to study the condition of the flux emergence

                                                                          Initial twist q

                                                                          Field strength BX

                                                                          56

                                                                          Parameter Study

                                                                          Varying axial field strength BX

                                                                          57

                                                                          Parameter Study typical case

                                                                          Varying axial field strength BX

                                                                          58

                                                                          59

                                                                          Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                          Parameter Study typical case

                                                                          Parameter Study BX strong

                                                                          Varying axial field strength BX

                                                                          60

                                                                          61

                                                                          Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                          Parameter Study BX strong

                                                                          Parameter Study BX weak

                                                                          Varying axial field strength BX

                                                                          62

                                                                          63

                                                                          Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                          Parameter Study BX weak

                                                                          Parameter Study

                                                                          Varying initial twist q

                                                                          64

                                                                          Parameter Study q weak

                                                                          Varying initial twist q

                                                                          65

                                                                          66

                                                                          Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                          Parameter Study q weak

                                                                          3-1 Setup and Results

                                                                          67

                                                                          Setup

                                                                          Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                          qH0=01 case rarr

                                                                          68

                                                                          rqrBrB x

                                                                          2

                                                                          tube

                                                                          2

                                                                          tube expR

                                                                          rBrBx

                                                                          3-2 Summary of 3D Work

                                                                          69

                                                                          Appendix

                                                                          70

                                                                          Active Regions and Emerging Flux

                                                                          71

                                                                          North Pole

                                                                          Equator

                                                                          Convection Zone

                                                                          Radiative Zone

                                                                          Core

                                                                          Zwaan (1985)

                                                                          Active Regions and Emerging Flux

                                                                          Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                          (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                          72

                                                                          North Pole

                                                                          Equator

                                                                          Convection Zone

                                                                          Radiative Zone

                                                                          Core

                                                                          2-1 2D calculations

                                                                          73

                                                                          Apex of the Emerging Loop

                                                                          Height Zapex

                                                                          Rise Velocity VZapex

                                                                          Surfacerarr

                                                                          74

                                                                          -20000 kmrarr

                                                                          Axial Calculation Results

                                                                          Magneticflux

                                                                          Accumulateddensity

                                                                          Magneticflux

                                                                          Accumulateddensity

                                                                          Accumulateddensity

                                                                          Magneticflux

                                                                          Deceleration near the Surface

                                                                          Accumulated density

                                                                          75

                                                                          0 t

                                                                          2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                          76

                                                                          2-3 Summary of 2D Works

                                                                          77

                                                                          2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                          78

                                                                          Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                          79

                                                                          Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                          80

                                                                          Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                          81

                                                                          Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                          Logarithmic density

                                                                          Summary of 3D Work

                                                                          Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                          Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                          82

                                                                          Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                          decelerates and

                                                                          expands horizontally

                                                                          Otsuji et al (2010)83

                                                                          Observation

                                                                          Results qH0=005 (failed)

                                                                          84

                                                                          Results

                                                                          Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                          85

                                                                          q large

                                                                          q small

                                                                          Results

                                                                          Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                          86

                                                                          Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                          Results

                                                                          Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                          87

                                                                          Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                          Results

                                                                          Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                          q large obeys the initial

                                                                          q2 law because the tube

                                                                          keeps its coherency q small Emag increases

                                                                          because it takes more time

                                                                          to emerge to the corona

                                                                          and Emag is stored in the

                                                                          photospheric tongue 88

                                                                          dVB

                                                                          Ez

                                                                          0

                                                                          2

                                                                          mag 8

                                                                          Results

                                                                          Cross-section when

                                                                          the apex reaches zH0=40

                                                                          89

                                                                          Large-scale 3D calculation

                                                                          Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                          90

                                                                          Large-scale 3D calculation

                                                                          Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                          91

                                                                          Large-scale 3D calculation

                                                                          Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                          92

                                                                          Observation

                                                                          Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                          decelerates and

                                                                          expands horizontally

                                                                          Otsuji et al (2010)93

                                                                          イントロダクション

                                                                          ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                          考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                          (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                          94

                                                                          数値モデル

                                                                          初期磁束管 exp型分布

                                                                          ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                          磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                          磁束管の内部圧力を

                                                                            と表すこのとき force balance

                                                                           が保たれるよう

                                                                           とする

                                                                          rqrBrB x

                                                                          2

                                                                          tube

                                                                          2

                                                                          tube expR

                                                                          rBrBx

                                                                          r

                                                                          BBB

                                                                          dr

                                                                          d

                                                                          dr

                                                                          dp x

                                                                          48

                                                                          222

                                                                          exc

                                                                          222

                                                                          tube2exc 1

                                                                          28

                                                                          1xBr

                                                                          Rqp

                                                                          rpzpzyp excsi

                                                                          B

                                                                          x

                                                                          r

                                                                          B

                                                                          BX

                                                                          2πr

                                                                          95

                                                                          議論とまとめ

                                                                          結果の比較

                                                                          物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                          初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                          総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                          初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                          磁束管の半径 1000 km

                                                                          初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                          1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                          減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                          96

                                                                          断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                          議論とまとめ

                                                                          3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                          軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                          総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                          考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                          倍 )

                                                                          将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                          97

                                                                          1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                          太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                          太陽と磁場

                                                                          Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                          98

                                                                          活動領域と浮上磁場

                                                                          活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                          磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                          太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                          Zwaan (1985)

                                                                          Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                          99

                                                                          磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                          磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                          る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                          Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                          内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                          外圧 Pe

                                                                          ggf ieb )(

                                                                          100

                                                                          活動領域と浮上磁場

                                                                          AR 10926

                                                                          101

                                                                          磁束浮上シミュレーション

                                                                          磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                          102

                                                                          対流層内部における近似計算

                                                                          ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                          た 細管近似

                                                                          対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                          物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                          Caligari et al (1995)

                                                                          103

                                                                          対流層内部における近似計算

                                                                          非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                          大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                          中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                          Fan (2001a)104

                                                                          対流層内部における近似計算 (22)

                                                                          しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                          細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                          したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                          105

                                                                          浮上磁場シミュレーション

                                                                          光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                          的にコロナへ浮上

                                                                          対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                          Shibata et al (1989) 106

                                                                          光球付近での減速機構

                                                                          光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                          Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                          Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                          Magara (2001)

                                                                          107

                                                                          本研究の目的 (12)

                                                                          上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                          しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                          対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                          しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                          したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                          108

                                                                          本研究の目的 (22)

                                                                          そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                          対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                          典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                          典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                          本研究の目的

                                                                          減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                          2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                          典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                          典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                          数値モデル

                                                                          初期条件

                                                                          xH-400 0 400

                                                                          zH

                                                                          200

                                                                          100

                                                                          -200

                                                                          -100

                                                                          NX timesNZ

                                                                          =1536times1920

                                                                          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                          磁束の厚さD = 1000 km

                                                                          磁束の深さ -20000 km

                                                                          光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                          111

                                                                          LX = 16 万 km

                                                                          LZ = 8 万 km

                                                                          数値モデル (22)

                                                                          対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                          無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                          速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                          時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                          密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                          圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                          温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                          磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                          数値モデル (23)

                                                                          初期条件 (z 方向分布 )

                                                                          磁場BX

                                                                          密度ρ

                                                                          圧力 p

                                                                          温度 T

                                                                          対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                          113

                                                                          数値モデル (24)

                                                                          境界条件

                                                                          -400 0 400

                                                                          200

                                                                          100

                                                                          -200

                                                                          -100

                                                                          周期境界 対称境界

                                                                          減衰領域

                                                                          x H0

                                                                          z H0

                                                                          114

                                                                          数値モデル (14)

                                                                          初期条件

                                                                          x H0

                                                                          -400 0 400

                                                                          z H0

                                                                          200

                                                                          100

                                                                          -200

                                                                          -100

                                                                          NZ=1920

                                                                          NX=1536

                                                                          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                          width D

                                                                          z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                          115

                                                                          減速の物理 (34)

                                                                          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                          116

                                                                          減速の物理 (34)

                                                                          磁束シート上のプラズマ

                                                                          シート上にプラズマが蓄積する

                                                                          磁束シートの浮上

                                                                          磁束シートが平らになる

                                                                          減速

                                                                          117

                                                                          光球付近における減速

                                                                          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                          磁場

                                                                          密度差

                                                                          磁場

                                                                          密度差密度差

                                                                          磁場

                                                                          118

                                                                          5 パラメータ研究

                                                                          119

                                                                          パラメータ研究 (111)

                                                                          磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                          総磁束量 Φ

                                                                          を変えた計算を行った

                                                                          総磁束量 Φ

                                                                          磁場強度 BX

                                                                          120

                                                                          パラメータ研究 (211)

                                                                          2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                          点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                          121

                                                                          パラメータ研究 (311)

                                                                          減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                          122

                                                                          パラメータ研究 (511)

                                                                          2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                          123

                                                                          パラメータ研究 (611)

                                                                          2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                          124

                                                                          パラメータ研究 (711)

                                                                          times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                          125

                                                                          パラメータ研究 (811)

                                                                          密度磁力線速度場126

                                                                          パラメータ研究 (911)

                                                                          対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                          EmagEkin lt 1

                                                                          127

                                                                          パラメータ研究 (1011)

                                                                          times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                          軸方向計算のまとめ

                                                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                          減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                          129

                                                                          断面方向計算のまとめ

                                                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                          減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                          130

                                                                          Resistive Emergence Model

                                                                          Pariat et al (2004) Model established through

                                                                          observations Isobe et al (2007)

                                                                          2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                          3D simulations131

                                                                          Preceding Studies(13)

                                                                          Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                          force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                          that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                          132

                                                                          Preceding Studies(23)

                                                                          Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                          persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                          133

                                                                          Preceding Studies(33)

                                                                          Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                          gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                          Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                          zzz pF BJg

                                                                          134

                                                                          Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                          135

                                                                          Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                          Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                          magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                           rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                           rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                           rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                          Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                          136

                                                                          3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                          137

                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                          Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                          138

                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                          Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                          twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                          139

                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                          Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                          emerged

                                                                          q large direct emergence without a tongue

                                                                          q small two-step emergence with a tongue

                                                                          140

                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                          Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                          141

                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                          Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                          Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                          142

                                                                          Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                          Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                          Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                          Radius Rtube 5 25

                                                                          Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                                          Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                          Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                          Result Every q emerged q=01 failed

                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                          Miyagoshi et al Initial condition

                                                                          plasma β = P Pmag lt 1

                                                                          at the tube top Strong tubehellip

                                                                          143

                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                          Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                          on the initial twist q

                                                                          q large direct emergence

                                                                            Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                            Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                          144

                                                                          dVB

                                                                          E corona

                                                                          2

                                                                          mag 8

                                                                          Setup and Results

                                                                          Conditions

                                                                          q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                          145

                                                                          Our case Murray et al (2006)

                                                                          Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                          Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                          Radius Rtube 25 25

                                                                          Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                                          Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                          Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                          Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                          セットアップと計算結果

                                                                          結果 (x=0)

                                                                          146

                                                                          セットアップと計算結果

                                                                          結果 (y=0)

                                                                          147

                                                                          • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                          • 内容
                                                                          • 内容 (2)
                                                                          • 太陽活動と磁場
                                                                          • 活動領域と浮上磁場
                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                          • 先行研究の概観
                                                                          • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                          • 本研究の目的
                                                                          • 内容 (3)
                                                                          • 2次元計算2つのモード
                                                                          • 内容 (4)
                                                                          • 2次元軸方向計算
                                                                          • Slide 16
                                                                          • 光球付近における減速
                                                                          • パラメータ研究
                                                                          • 内容 (5)
                                                                          • 25次元断面方向計算
                                                                          • Slide 21
                                                                          • パラメータ研究 (2)
                                                                          • 2次元計算のまとめ
                                                                          • 内容 (6)
                                                                          • 3次元浮上磁場計算
                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                          • 内容 (7)
                                                                          • まとめ
                                                                          • 今後の課題
                                                                          • Fin
                                                                          • 1 Introduction
                                                                          • 2 Previous 2D Works
                                                                          • 3 3D Calculation
                                                                          • 4 Summary and Future Works
                                                                          • 4 What to Study in HAO
                                                                          • What to Study in HAO
                                                                          • 2-4 2D Parameter Study
                                                                          • Parameter Study
                                                                          • Parameter Study (2)
                                                                          • Parameter Study (3)
                                                                          • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                          • Parameter Study (4)
                                                                          • Parameter Survey
                                                                          • Parameter Survey (2)
                                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                          • Parameter Survey (3)
                                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                          • Parameter Study (5)
                                                                          • Parameter Study (6)
                                                                          • Parameter Study typical case
                                                                          • Slide 59
                                                                          • Parameter Study BX strong
                                                                          • Slide 61
                                                                          • Parameter Study BX weak
                                                                          • Slide 63
                                                                          • Parameter Study (7)
                                                                          • Parameter Study q weak
                                                                          • Slide 66
                                                                          • 3-1 Setup and Results
                                                                          • Setup
                                                                          • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                          • Appendix
                                                                          • Active Regions and Emerging Flux
                                                                          • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                          • 2-1 2D calculations
                                                                          • Slide 74
                                                                          • Deceleration near the Surface
                                                                          • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                          • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                          • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                          • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                          • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                          • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                          • Summary of 3D Work
                                                                          • Observation
                                                                          • Results qH0=005 (failed)
                                                                          • Results
                                                                          • Results (2)
                                                                          • Results (3)
                                                                          • Results (4)
                                                                          • Results (5)
                                                                          • Large-scale 3D calculation
                                                                          • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                          • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                          • Observation (2)
                                                                          • イントロダクション
                                                                          • 数値モデル
                                                                          • 議論とまとめ
                                                                          • 議論とまとめ (2)
                                                                          • 太陽と磁場
                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                          • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                          • 磁束浮上シミュレーション
                                                                          • 対流層内部における近似計算
                                                                          • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                          • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                          • 浮上磁場シミュレーション
                                                                          • 光球付近での減速機構
                                                                          • 本研究の目的 (12)
                                                                          • 本研究の目的 (22)
                                                                          • 本研究の目的 (4)
                                                                          • 数値モデル (2)
                                                                          • 数値モデル (22)
                                                                          • 数値モデル (23)
                                                                          • 数値モデル (24)
                                                                          • 数値モデル (14)
                                                                          • 減速の物理 (34)
                                                                          • 減速の物理 (34) (2)
                                                                          • 光球付近における減速 (2)
                                                                          • 5 パラメータ研究
                                                                          • パラメータ研究 (111)
                                                                          • パラメータ研究 (211)
                                                                          • パラメータ研究 (311)
                                                                          • パラメータ研究 (511)
                                                                          • パラメータ研究 (611)
                                                                          • パラメータ研究 (711)
                                                                          • パラメータ研究 (811)
                                                                          • パラメータ研究 (911)
                                                                          • パラメータ研究 (1011)
                                                                          • 軸方向計算のまとめ
                                                                          • 断面方向計算のまとめ
                                                                          • Resistive Emergence Model
                                                                          • Preceding Studies(13)
                                                                          • Preceding Studies(23)
                                                                          • Preceding Studies(33)
                                                                          • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                          • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                          • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                          • Setup and Results
                                                                          • セットアップと計算結果
                                                                          • セットアップと計算結果 (2)

                                                                            FinThank you for your attention

                                                                            1 Introduction

                                                                            39

                                                                            2 Previous 2D Works

                                                                            40

                                                                            3 3D Calculation

                                                                            41

                                                                            4 Summary and Future Works

                                                                            42

                                                                            4 What to Study in HAO

                                                                            43

                                                                            What to Study in HAO

                                                                            Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                                                            Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                                                            Others Interaction between emerging flux and the convection

                                                                            44

                                                                            2-4 2D Parameter Study

                                                                            45

                                                                            Parameter Study

                                                                            Varying

                                                                            Field strength BX

                                                                            Total flux Φ

                                                                            to study the condition of the flux emergence

                                                                            Total flux Φ

                                                                            Field strength BX

                                                                            46

                                                                            Parameter Study

                                                                            two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                                                            dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                            47

                                                                            Parameter Study

                                                                            Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                                                            48

                                                                            Parameter Study BX-Φ too strong

                                                                            49

                                                                            Density field lines and velocity vectors

                                                                            Parameter Study

                                                                            Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                                                            50

                                                                            Parameter Survey

                                                                            Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                                                            51

                                                                            Parameter Survey

                                                                            times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                                            52

                                                                            Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                            53

                                                                            Density field lines and velocity vectors

                                                                            Parameter Survey

                                                                            times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                                            54

                                                                            Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                            55

                                                                            Density field lines and velocity vectors

                                                                            Parameter Study

                                                                            Varying

                                                                            Field strength BX

                                                                            Initial twist q

                                                                            to study the condition of the flux emergence

                                                                            Initial twist q

                                                                            Field strength BX

                                                                            56

                                                                            Parameter Study

                                                                            Varying axial field strength BX

                                                                            57

                                                                            Parameter Study typical case

                                                                            Varying axial field strength BX

                                                                            58

                                                                            59

                                                                            Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                            Parameter Study typical case

                                                                            Parameter Study BX strong

                                                                            Varying axial field strength BX

                                                                            60

                                                                            61

                                                                            Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                            Parameter Study BX strong

                                                                            Parameter Study BX weak

                                                                            Varying axial field strength BX

                                                                            62

                                                                            63

                                                                            Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                            Parameter Study BX weak

                                                                            Parameter Study

                                                                            Varying initial twist q

                                                                            64

                                                                            Parameter Study q weak

                                                                            Varying initial twist q

                                                                            65

                                                                            66

                                                                            Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                            Parameter Study q weak

                                                                            3-1 Setup and Results

                                                                            67

                                                                            Setup

                                                                            Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                            qH0=01 case rarr

                                                                            68

                                                                            rqrBrB x

                                                                            2

                                                                            tube

                                                                            2

                                                                            tube expR

                                                                            rBrBx

                                                                            3-2 Summary of 3D Work

                                                                            69

                                                                            Appendix

                                                                            70

                                                                            Active Regions and Emerging Flux

                                                                            71

                                                                            North Pole

                                                                            Equator

                                                                            Convection Zone

                                                                            Radiative Zone

                                                                            Core

                                                                            Zwaan (1985)

                                                                            Active Regions and Emerging Flux

                                                                            Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                            (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                            72

                                                                            North Pole

                                                                            Equator

                                                                            Convection Zone

                                                                            Radiative Zone

                                                                            Core

                                                                            2-1 2D calculations

                                                                            73

                                                                            Apex of the Emerging Loop

                                                                            Height Zapex

                                                                            Rise Velocity VZapex

                                                                            Surfacerarr

                                                                            74

                                                                            -20000 kmrarr

                                                                            Axial Calculation Results

                                                                            Magneticflux

                                                                            Accumulateddensity

                                                                            Magneticflux

                                                                            Accumulateddensity

                                                                            Accumulateddensity

                                                                            Magneticflux

                                                                            Deceleration near the Surface

                                                                            Accumulated density

                                                                            75

                                                                            0 t

                                                                            2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                            76

                                                                            2-3 Summary of 2D Works

                                                                            77

                                                                            2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                            78

                                                                            Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                            79

                                                                            Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                            80

                                                                            Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                            81

                                                                            Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                            Logarithmic density

                                                                            Summary of 3D Work

                                                                            Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                            Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                            82

                                                                            Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                            decelerates and

                                                                            expands horizontally

                                                                            Otsuji et al (2010)83

                                                                            Observation

                                                                            Results qH0=005 (failed)

                                                                            84

                                                                            Results

                                                                            Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                            85

                                                                            q large

                                                                            q small

                                                                            Results

                                                                            Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                            86

                                                                            Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                            Results

                                                                            Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                            87

                                                                            Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                            Results

                                                                            Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                            q large obeys the initial

                                                                            q2 law because the tube

                                                                            keeps its coherency q small Emag increases

                                                                            because it takes more time

                                                                            to emerge to the corona

                                                                            and Emag is stored in the

                                                                            photospheric tongue 88

                                                                            dVB

                                                                            Ez

                                                                            0

                                                                            2

                                                                            mag 8

                                                                            Results

                                                                            Cross-section when

                                                                            the apex reaches zH0=40

                                                                            89

                                                                            Large-scale 3D calculation

                                                                            Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                            90

                                                                            Large-scale 3D calculation

                                                                            Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                            91

                                                                            Large-scale 3D calculation

                                                                            Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                            92

                                                                            Observation

                                                                            Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                            decelerates and

                                                                            expands horizontally

                                                                            Otsuji et al (2010)93

                                                                            イントロダクション

                                                                            ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                            考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                            (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                            94

                                                                            数値モデル

                                                                            初期磁束管 exp型分布

                                                                            ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                            磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                            磁束管の内部圧力を

                                                                              と表すこのとき force balance

                                                                             が保たれるよう

                                                                             とする

                                                                            rqrBrB x

                                                                            2

                                                                            tube

                                                                            2

                                                                            tube expR

                                                                            rBrBx

                                                                            r

                                                                            BBB

                                                                            dr

                                                                            d

                                                                            dr

                                                                            dp x

                                                                            48

                                                                            222

                                                                            exc

                                                                            222

                                                                            tube2exc 1

                                                                            28

                                                                            1xBr

                                                                            Rqp

                                                                            rpzpzyp excsi

                                                                            B

                                                                            x

                                                                            r

                                                                            B

                                                                            BX

                                                                            2πr

                                                                            95

                                                                            議論とまとめ

                                                                            結果の比較

                                                                            物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                            初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                            総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                            初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                            磁束管の半径 1000 km

                                                                            初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                            1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                            減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                            96

                                                                            断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                            議論とまとめ

                                                                            3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                            軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                            総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                            考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                            倍 )

                                                                            将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                            97

                                                                            1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                            太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                            太陽と磁場

                                                                            Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                            98

                                                                            活動領域と浮上磁場

                                                                            活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                            磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                            太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                            Zwaan (1985)

                                                                            Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                            99

                                                                            磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                            磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                            る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                            Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                            内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                            外圧 Pe

                                                                            ggf ieb )(

                                                                            100

                                                                            活動領域と浮上磁場

                                                                            AR 10926

                                                                            101

                                                                            磁束浮上シミュレーション

                                                                            磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                            102

                                                                            対流層内部における近似計算

                                                                            ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                            た 細管近似

                                                                            対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                            物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                            Caligari et al (1995)

                                                                            103

                                                                            対流層内部における近似計算

                                                                            非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                            大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                            中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                            Fan (2001a)104

                                                                            対流層内部における近似計算 (22)

                                                                            しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                            細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                            したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                            105

                                                                            浮上磁場シミュレーション

                                                                            光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                            的にコロナへ浮上

                                                                            対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                            Shibata et al (1989) 106

                                                                            光球付近での減速機構

                                                                            光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                            Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                            Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                            Magara (2001)

                                                                            107

                                                                            本研究の目的 (12)

                                                                            上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                            しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                            対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                            しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                            したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                            108

                                                                            本研究の目的 (22)

                                                                            そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                            対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                            典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                            典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                            本研究の目的

                                                                            減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                            2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                            典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                            典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                            数値モデル

                                                                            初期条件

                                                                            xH-400 0 400

                                                                            zH

                                                                            200

                                                                            100

                                                                            -200

                                                                            -100

                                                                            NX timesNZ

                                                                            =1536times1920

                                                                            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                            磁束の厚さD = 1000 km

                                                                            磁束の深さ -20000 km

                                                                            光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                            111

                                                                            LX = 16 万 km

                                                                            LZ = 8 万 km

                                                                            数値モデル (22)

                                                                            対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                            無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                            速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                            時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                            密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                            圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                            温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                            磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                            数値モデル (23)

                                                                            初期条件 (z 方向分布 )

                                                                            磁場BX

                                                                            密度ρ

                                                                            圧力 p

                                                                            温度 T

                                                                            対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                            113

                                                                            数値モデル (24)

                                                                            境界条件

                                                                            -400 0 400

                                                                            200

                                                                            100

                                                                            -200

                                                                            -100

                                                                            周期境界 対称境界

                                                                            減衰領域

                                                                            x H0

                                                                            z H0

                                                                            114

                                                                            数値モデル (14)

                                                                            初期条件

                                                                            x H0

                                                                            -400 0 400

                                                                            z H0

                                                                            200

                                                                            100

                                                                            -200

                                                                            -100

                                                                            NZ=1920

                                                                            NX=1536

                                                                            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                            width D

                                                                            z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                            115

                                                                            減速の物理 (34)

                                                                            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                            116

                                                                            減速の物理 (34)

                                                                            磁束シート上のプラズマ

                                                                            シート上にプラズマが蓄積する

                                                                            磁束シートの浮上

                                                                            磁束シートが平らになる

                                                                            減速

                                                                            117

                                                                            光球付近における減速

                                                                            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                            磁場

                                                                            密度差

                                                                            磁場

                                                                            密度差密度差

                                                                            磁場

                                                                            118

                                                                            5 パラメータ研究

                                                                            119

                                                                            パラメータ研究 (111)

                                                                            磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                            総磁束量 Φ

                                                                            を変えた計算を行った

                                                                            総磁束量 Φ

                                                                            磁場強度 BX

                                                                            120

                                                                            パラメータ研究 (211)

                                                                            2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                            点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                            121

                                                                            パラメータ研究 (311)

                                                                            減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                            122

                                                                            パラメータ研究 (511)

                                                                            2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                            123

                                                                            パラメータ研究 (611)

                                                                            2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                            124

                                                                            パラメータ研究 (711)

                                                                            times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                            125

                                                                            パラメータ研究 (811)

                                                                            密度磁力線速度場126

                                                                            パラメータ研究 (911)

                                                                            対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                            EmagEkin lt 1

                                                                            127

                                                                            パラメータ研究 (1011)

                                                                            times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                            軸方向計算のまとめ

                                                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                            減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                            129

                                                                            断面方向計算のまとめ

                                                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                            減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                            130

                                                                            Resistive Emergence Model

                                                                            Pariat et al (2004) Model established through

                                                                            observations Isobe et al (2007)

                                                                            2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                            3D simulations131

                                                                            Preceding Studies(13)

                                                                            Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                            force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                            that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                            132

                                                                            Preceding Studies(23)

                                                                            Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                            persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                            133

                                                                            Preceding Studies(33)

                                                                            Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                            gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                            Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                            zzz pF BJg

                                                                            134

                                                                            Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                            135

                                                                            Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                            Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                            magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                             rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                             rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                             rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                            Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                            136

                                                                            3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                            137

                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                            Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                            138

                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                            Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                            twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                            139

                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                            Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                            emerged

                                                                            q large direct emergence without a tongue

                                                                            q small two-step emergence with a tongue

                                                                            140

                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                            Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                            141

                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                            Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                            Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                            142

                                                                            Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                            Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                            Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                            Radius Rtube 5 25

                                                                            Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                                            Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                            Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                            Result Every q emerged q=01 failed

                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                            Miyagoshi et al Initial condition

                                                                            plasma β = P Pmag lt 1

                                                                            at the tube top Strong tubehellip

                                                                            143

                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                            Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                            on the initial twist q

                                                                            q large direct emergence

                                                                              Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                              Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                            144

                                                                            dVB

                                                                            E corona

                                                                            2

                                                                            mag 8

                                                                            Setup and Results

                                                                            Conditions

                                                                            q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                            145

                                                                            Our case Murray et al (2006)

                                                                            Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                            Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                            Radius Rtube 25 25

                                                                            Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                                            Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                            Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                            Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                            セットアップと計算結果

                                                                            結果 (x=0)

                                                                            146

                                                                            セットアップと計算結果

                                                                            結果 (y=0)

                                                                            147

                                                                            • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                            • 内容
                                                                            • 内容 (2)
                                                                            • 太陽活動と磁場
                                                                            • 活動領域と浮上磁場
                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                            • 先行研究の概観
                                                                            • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                            • 本研究の目的
                                                                            • 内容 (3)
                                                                            • 2次元計算2つのモード
                                                                            • 内容 (4)
                                                                            • 2次元軸方向計算
                                                                            • Slide 16
                                                                            • 光球付近における減速
                                                                            • パラメータ研究
                                                                            • 内容 (5)
                                                                            • 25次元断面方向計算
                                                                            • Slide 21
                                                                            • パラメータ研究 (2)
                                                                            • 2次元計算のまとめ
                                                                            • 内容 (6)
                                                                            • 3次元浮上磁場計算
                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                            • 内容 (7)
                                                                            • まとめ
                                                                            • 今後の課題
                                                                            • Fin
                                                                            • 1 Introduction
                                                                            • 2 Previous 2D Works
                                                                            • 3 3D Calculation
                                                                            • 4 Summary and Future Works
                                                                            • 4 What to Study in HAO
                                                                            • What to Study in HAO
                                                                            • 2-4 2D Parameter Study
                                                                            • Parameter Study
                                                                            • Parameter Study (2)
                                                                            • Parameter Study (3)
                                                                            • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                            • Parameter Study (4)
                                                                            • Parameter Survey
                                                                            • Parameter Survey (2)
                                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                            • Parameter Survey (3)
                                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                            • Parameter Study (5)
                                                                            • Parameter Study (6)
                                                                            • Parameter Study typical case
                                                                            • Slide 59
                                                                            • Parameter Study BX strong
                                                                            • Slide 61
                                                                            • Parameter Study BX weak
                                                                            • Slide 63
                                                                            • Parameter Study (7)
                                                                            • Parameter Study q weak
                                                                            • Slide 66
                                                                            • 3-1 Setup and Results
                                                                            • Setup
                                                                            • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                            • Appendix
                                                                            • Active Regions and Emerging Flux
                                                                            • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                            • 2-1 2D calculations
                                                                            • Slide 74
                                                                            • Deceleration near the Surface
                                                                            • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                            • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                            • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                            • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                            • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                            • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                            • Summary of 3D Work
                                                                            • Observation
                                                                            • Results qH0=005 (failed)
                                                                            • Results
                                                                            • Results (2)
                                                                            • Results (3)
                                                                            • Results (4)
                                                                            • Results (5)
                                                                            • Large-scale 3D calculation
                                                                            • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                            • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                            • Observation (2)
                                                                            • イントロダクション
                                                                            • 数値モデル
                                                                            • 議論とまとめ
                                                                            • 議論とまとめ (2)
                                                                            • 太陽と磁場
                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                            • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                            • 磁束浮上シミュレーション
                                                                            • 対流層内部における近似計算
                                                                            • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                            • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                            • 浮上磁場シミュレーション
                                                                            • 光球付近での減速機構
                                                                            • 本研究の目的 (12)
                                                                            • 本研究の目的 (22)
                                                                            • 本研究の目的 (4)
                                                                            • 数値モデル (2)
                                                                            • 数値モデル (22)
                                                                            • 数値モデル (23)
                                                                            • 数値モデル (24)
                                                                            • 数値モデル (14)
                                                                            • 減速の物理 (34)
                                                                            • 減速の物理 (34) (2)
                                                                            • 光球付近における減速 (2)
                                                                            • 5 パラメータ研究
                                                                            • パラメータ研究 (111)
                                                                            • パラメータ研究 (211)
                                                                            • パラメータ研究 (311)
                                                                            • パラメータ研究 (511)
                                                                            • パラメータ研究 (611)
                                                                            • パラメータ研究 (711)
                                                                            • パラメータ研究 (811)
                                                                            • パラメータ研究 (911)
                                                                            • パラメータ研究 (1011)
                                                                            • 軸方向計算のまとめ
                                                                            • 断面方向計算のまとめ
                                                                            • Resistive Emergence Model
                                                                            • Preceding Studies(13)
                                                                            • Preceding Studies(23)
                                                                            • Preceding Studies(33)
                                                                            • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                            • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                            • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                            • Setup and Results
                                                                            • セットアップと計算結果
                                                                            • セットアップと計算結果 (2)

                                                                              1 Introduction

                                                                              39

                                                                              2 Previous 2D Works

                                                                              40

                                                                              3 3D Calculation

                                                                              41

                                                                              4 Summary and Future Works

                                                                              42

                                                                              4 What to Study in HAO

                                                                              43

                                                                              What to Study in HAO

                                                                              Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                                                              Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                                                              Others Interaction between emerging flux and the convection

                                                                              44

                                                                              2-4 2D Parameter Study

                                                                              45

                                                                              Parameter Study

                                                                              Varying

                                                                              Field strength BX

                                                                              Total flux Φ

                                                                              to study the condition of the flux emergence

                                                                              Total flux Φ

                                                                              Field strength BX

                                                                              46

                                                                              Parameter Study

                                                                              two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                                                              dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                              47

                                                                              Parameter Study

                                                                              Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                                                              48

                                                                              Parameter Study BX-Φ too strong

                                                                              49

                                                                              Density field lines and velocity vectors

                                                                              Parameter Study

                                                                              Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                                                              50

                                                                              Parameter Survey

                                                                              Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                                                              51

                                                                              Parameter Survey

                                                                              times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                                              52

                                                                              Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                              53

                                                                              Density field lines and velocity vectors

                                                                              Parameter Survey

                                                                              times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                                              54

                                                                              Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                              55

                                                                              Density field lines and velocity vectors

                                                                              Parameter Study

                                                                              Varying

                                                                              Field strength BX

                                                                              Initial twist q

                                                                              to study the condition of the flux emergence

                                                                              Initial twist q

                                                                              Field strength BX

                                                                              56

                                                                              Parameter Study

                                                                              Varying axial field strength BX

                                                                              57

                                                                              Parameter Study typical case

                                                                              Varying axial field strength BX

                                                                              58

                                                                              59

                                                                              Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                              Parameter Study typical case

                                                                              Parameter Study BX strong

                                                                              Varying axial field strength BX

                                                                              60

                                                                              61

                                                                              Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                              Parameter Study BX strong

                                                                              Parameter Study BX weak

                                                                              Varying axial field strength BX

                                                                              62

                                                                              63

                                                                              Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                              Parameter Study BX weak

                                                                              Parameter Study

                                                                              Varying initial twist q

                                                                              64

                                                                              Parameter Study q weak

                                                                              Varying initial twist q

                                                                              65

                                                                              66

                                                                              Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                              Parameter Study q weak

                                                                              3-1 Setup and Results

                                                                              67

                                                                              Setup

                                                                              Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                              qH0=01 case rarr

                                                                              68

                                                                              rqrBrB x

                                                                              2

                                                                              tube

                                                                              2

                                                                              tube expR

                                                                              rBrBx

                                                                              3-2 Summary of 3D Work

                                                                              69

                                                                              Appendix

                                                                              70

                                                                              Active Regions and Emerging Flux

                                                                              71

                                                                              North Pole

                                                                              Equator

                                                                              Convection Zone

                                                                              Radiative Zone

                                                                              Core

                                                                              Zwaan (1985)

                                                                              Active Regions and Emerging Flux

                                                                              Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                              (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                              72

                                                                              North Pole

                                                                              Equator

                                                                              Convection Zone

                                                                              Radiative Zone

                                                                              Core

                                                                              2-1 2D calculations

                                                                              73

                                                                              Apex of the Emerging Loop

                                                                              Height Zapex

                                                                              Rise Velocity VZapex

                                                                              Surfacerarr

                                                                              74

                                                                              -20000 kmrarr

                                                                              Axial Calculation Results

                                                                              Magneticflux

                                                                              Accumulateddensity

                                                                              Magneticflux

                                                                              Accumulateddensity

                                                                              Accumulateddensity

                                                                              Magneticflux

                                                                              Deceleration near the Surface

                                                                              Accumulated density

                                                                              75

                                                                              0 t

                                                                              2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                              76

                                                                              2-3 Summary of 2D Works

                                                                              77

                                                                              2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                              78

                                                                              Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                              79

                                                                              Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                              80

                                                                              Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                              81

                                                                              Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                              Logarithmic density

                                                                              Summary of 3D Work

                                                                              Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                              Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                              82

                                                                              Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                              decelerates and

                                                                              expands horizontally

                                                                              Otsuji et al (2010)83

                                                                              Observation

                                                                              Results qH0=005 (failed)

                                                                              84

                                                                              Results

                                                                              Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                              85

                                                                              q large

                                                                              q small

                                                                              Results

                                                                              Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                              86

                                                                              Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                              Results

                                                                              Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                              87

                                                                              Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                              Results

                                                                              Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                              q large obeys the initial

                                                                              q2 law because the tube

                                                                              keeps its coherency q small Emag increases

                                                                              because it takes more time

                                                                              to emerge to the corona

                                                                              and Emag is stored in the

                                                                              photospheric tongue 88

                                                                              dVB

                                                                              Ez

                                                                              0

                                                                              2

                                                                              mag 8

                                                                              Results

                                                                              Cross-section when

                                                                              the apex reaches zH0=40

                                                                              89

                                                                              Large-scale 3D calculation

                                                                              Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                              90

                                                                              Large-scale 3D calculation

                                                                              Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                              91

                                                                              Large-scale 3D calculation

                                                                              Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                              92

                                                                              Observation

                                                                              Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                              decelerates and

                                                                              expands horizontally

                                                                              Otsuji et al (2010)93

                                                                              イントロダクション

                                                                              ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                              考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                              (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                              94

                                                                              数値モデル

                                                                              初期磁束管 exp型分布

                                                                              ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                              磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                              磁束管の内部圧力を

                                                                                と表すこのとき force balance

                                                                               が保たれるよう

                                                                               とする

                                                                              rqrBrB x

                                                                              2

                                                                              tube

                                                                              2

                                                                              tube expR

                                                                              rBrBx

                                                                              r

                                                                              BBB

                                                                              dr

                                                                              d

                                                                              dr

                                                                              dp x

                                                                              48

                                                                              222

                                                                              exc

                                                                              222

                                                                              tube2exc 1

                                                                              28

                                                                              1xBr

                                                                              Rqp

                                                                              rpzpzyp excsi

                                                                              B

                                                                              x

                                                                              r

                                                                              B

                                                                              BX

                                                                              2πr

                                                                              95

                                                                              議論とまとめ

                                                                              結果の比較

                                                                              物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                              初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                              総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                              初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                              磁束管の半径 1000 km

                                                                              初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                              1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                              減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                              96

                                                                              断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                              議論とまとめ

                                                                              3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                              軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                              総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                              考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                              倍 )

                                                                              将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                              97

                                                                              1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                              太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                              太陽と磁場

                                                                              Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                              98

                                                                              活動領域と浮上磁場

                                                                              活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                              磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                              太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                              Zwaan (1985)

                                                                              Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                              99

                                                                              磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                              磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                              る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                              Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                              内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                              外圧 Pe

                                                                              ggf ieb )(

                                                                              100

                                                                              活動領域と浮上磁場

                                                                              AR 10926

                                                                              101

                                                                              磁束浮上シミュレーション

                                                                              磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                              102

                                                                              対流層内部における近似計算

                                                                              ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                              た 細管近似

                                                                              対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                              物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                              Caligari et al (1995)

                                                                              103

                                                                              対流層内部における近似計算

                                                                              非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                              大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                              中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                              Fan (2001a)104

                                                                              対流層内部における近似計算 (22)

                                                                              しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                              細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                              したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                              105

                                                                              浮上磁場シミュレーション

                                                                              光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                              的にコロナへ浮上

                                                                              対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                              Shibata et al (1989) 106

                                                                              光球付近での減速機構

                                                                              光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                              Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                              Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                              Magara (2001)

                                                                              107

                                                                              本研究の目的 (12)

                                                                              上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                              しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                              対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                              しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                              したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                              108

                                                                              本研究の目的 (22)

                                                                              そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                              対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                              典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                              典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                              本研究の目的

                                                                              減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                              2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                              典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                              典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                              数値モデル

                                                                              初期条件

                                                                              xH-400 0 400

                                                                              zH

                                                                              200

                                                                              100

                                                                              -200

                                                                              -100

                                                                              NX timesNZ

                                                                              =1536times1920

                                                                              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                              磁束の厚さD = 1000 km

                                                                              磁束の深さ -20000 km

                                                                              光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                              111

                                                                              LX = 16 万 km

                                                                              LZ = 8 万 km

                                                                              数値モデル (22)

                                                                              対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                              無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                              速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                              時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                              密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                              圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                              温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                              磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                              数値モデル (23)

                                                                              初期条件 (z 方向分布 )

                                                                              磁場BX

                                                                              密度ρ

                                                                              圧力 p

                                                                              温度 T

                                                                              対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                              113

                                                                              数値モデル (24)

                                                                              境界条件

                                                                              -400 0 400

                                                                              200

                                                                              100

                                                                              -200

                                                                              -100

                                                                              周期境界 対称境界

                                                                              減衰領域

                                                                              x H0

                                                                              z H0

                                                                              114

                                                                              数値モデル (14)

                                                                              初期条件

                                                                              x H0

                                                                              -400 0 400

                                                                              z H0

                                                                              200

                                                                              100

                                                                              -200

                                                                              -100

                                                                              NZ=1920

                                                                              NX=1536

                                                                              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                              width D

                                                                              z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                              115

                                                                              減速の物理 (34)

                                                                              磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                              116

                                                                              減速の物理 (34)

                                                                              磁束シート上のプラズマ

                                                                              シート上にプラズマが蓄積する

                                                                              磁束シートの浮上

                                                                              磁束シートが平らになる

                                                                              減速

                                                                              117

                                                                              光球付近における減速

                                                                              磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                              磁場

                                                                              密度差

                                                                              磁場

                                                                              密度差密度差

                                                                              磁場

                                                                              118

                                                                              5 パラメータ研究

                                                                              119

                                                                              パラメータ研究 (111)

                                                                              磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                              総磁束量 Φ

                                                                              を変えた計算を行った

                                                                              総磁束量 Φ

                                                                              磁場強度 BX

                                                                              120

                                                                              パラメータ研究 (211)

                                                                              2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                              点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                              121

                                                                              パラメータ研究 (311)

                                                                              減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                              122

                                                                              パラメータ研究 (511)

                                                                              2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                              123

                                                                              パラメータ研究 (611)

                                                                              2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                              124

                                                                              パラメータ研究 (711)

                                                                              times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                              125

                                                                              パラメータ研究 (811)

                                                                              密度磁力線速度場126

                                                                              パラメータ研究 (911)

                                                                              対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                              EmagEkin lt 1

                                                                              127

                                                                              パラメータ研究 (1011)

                                                                              times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                              軸方向計算のまとめ

                                                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                              減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                              129

                                                                              断面方向計算のまとめ

                                                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                              減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                              130

                                                                              Resistive Emergence Model

                                                                              Pariat et al (2004) Model established through

                                                                              observations Isobe et al (2007)

                                                                              2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                              3D simulations131

                                                                              Preceding Studies(13)

                                                                              Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                              force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                              that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                              132

                                                                              Preceding Studies(23)

                                                                              Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                              persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                              133

                                                                              Preceding Studies(33)

                                                                              Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                              gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                              Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                              zzz pF BJg

                                                                              134

                                                                              Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                              135

                                                                              Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                              Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                              magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                               rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                               rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                               rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                              Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                              136

                                                                              3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                              137

                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                              Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                              138

                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                              Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                              twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                              139

                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                              Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                              emerged

                                                                              q large direct emergence without a tongue

                                                                              q small two-step emergence with a tongue

                                                                              140

                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                              Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                              141

                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                              Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                              Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                              142

                                                                              Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                              Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                              Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                              Radius Rtube 5 25

                                                                              Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                                              Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                              Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                              Result Every q emerged q=01 failed

                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                              Miyagoshi et al Initial condition

                                                                              plasma β = P Pmag lt 1

                                                                              at the tube top Strong tubehellip

                                                                              143

                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                              Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                              on the initial twist q

                                                                              q large direct emergence

                                                                                Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                              144

                                                                              dVB

                                                                              E corona

                                                                              2

                                                                              mag 8

                                                                              Setup and Results

                                                                              Conditions

                                                                              q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                              145

                                                                              Our case Murray et al (2006)

                                                                              Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                              Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                              Radius Rtube 25 25

                                                                              Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                                              Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                              Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                              Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                              セットアップと計算結果

                                                                              結果 (x=0)

                                                                              146

                                                                              セットアップと計算結果

                                                                              結果 (y=0)

                                                                              147

                                                                              • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                              • 内容
                                                                              • 内容 (2)
                                                                              • 太陽活動と磁場
                                                                              • 活動領域と浮上磁場
                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                              • 先行研究の概観
                                                                              • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                              • 本研究の目的
                                                                              • 内容 (3)
                                                                              • 2次元計算2つのモード
                                                                              • 内容 (4)
                                                                              • 2次元軸方向計算
                                                                              • Slide 16
                                                                              • 光球付近における減速
                                                                              • パラメータ研究
                                                                              • 内容 (5)
                                                                              • 25次元断面方向計算
                                                                              • Slide 21
                                                                              • パラメータ研究 (2)
                                                                              • 2次元計算のまとめ
                                                                              • 内容 (6)
                                                                              • 3次元浮上磁場計算
                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                              • 内容 (7)
                                                                              • まとめ
                                                                              • 今後の課題
                                                                              • Fin
                                                                              • 1 Introduction
                                                                              • 2 Previous 2D Works
                                                                              • 3 3D Calculation
                                                                              • 4 Summary and Future Works
                                                                              • 4 What to Study in HAO
                                                                              • What to Study in HAO
                                                                              • 2-4 2D Parameter Study
                                                                              • Parameter Study
                                                                              • Parameter Study (2)
                                                                              • Parameter Study (3)
                                                                              • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                              • Parameter Study (4)
                                                                              • Parameter Survey
                                                                              • Parameter Survey (2)
                                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                              • Parameter Survey (3)
                                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                              • Parameter Study (5)
                                                                              • Parameter Study (6)
                                                                              • Parameter Study typical case
                                                                              • Slide 59
                                                                              • Parameter Study BX strong
                                                                              • Slide 61
                                                                              • Parameter Study BX weak
                                                                              • Slide 63
                                                                              • Parameter Study (7)
                                                                              • Parameter Study q weak
                                                                              • Slide 66
                                                                              • 3-1 Setup and Results
                                                                              • Setup
                                                                              • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                              • Appendix
                                                                              • Active Regions and Emerging Flux
                                                                              • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                              • 2-1 2D calculations
                                                                              • Slide 74
                                                                              • Deceleration near the Surface
                                                                              • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                              • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                              • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                              • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                              • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                              • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                              • Summary of 3D Work
                                                                              • Observation
                                                                              • Results qH0=005 (failed)
                                                                              • Results
                                                                              • Results (2)
                                                                              • Results (3)
                                                                              • Results (4)
                                                                              • Results (5)
                                                                              • Large-scale 3D calculation
                                                                              • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                              • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                              • Observation (2)
                                                                              • イントロダクション
                                                                              • 数値モデル
                                                                              • 議論とまとめ
                                                                              • 議論とまとめ (2)
                                                                              • 太陽と磁場
                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                              • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                              • 磁束浮上シミュレーション
                                                                              • 対流層内部における近似計算
                                                                              • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                              • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                              • 浮上磁場シミュレーション
                                                                              • 光球付近での減速機構
                                                                              • 本研究の目的 (12)
                                                                              • 本研究の目的 (22)
                                                                              • 本研究の目的 (4)
                                                                              • 数値モデル (2)
                                                                              • 数値モデル (22)
                                                                              • 数値モデル (23)
                                                                              • 数値モデル (24)
                                                                              • 数値モデル (14)
                                                                              • 減速の物理 (34)
                                                                              • 減速の物理 (34) (2)
                                                                              • 光球付近における減速 (2)
                                                                              • 5 パラメータ研究
                                                                              • パラメータ研究 (111)
                                                                              • パラメータ研究 (211)
                                                                              • パラメータ研究 (311)
                                                                              • パラメータ研究 (511)
                                                                              • パラメータ研究 (611)
                                                                              • パラメータ研究 (711)
                                                                              • パラメータ研究 (811)
                                                                              • パラメータ研究 (911)
                                                                              • パラメータ研究 (1011)
                                                                              • 軸方向計算のまとめ
                                                                              • 断面方向計算のまとめ
                                                                              • Resistive Emergence Model
                                                                              • Preceding Studies(13)
                                                                              • Preceding Studies(23)
                                                                              • Preceding Studies(33)
                                                                              • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                              • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                              • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                              • Setup and Results
                                                                              • セットアップと計算結果
                                                                              • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                2 Previous 2D Works

                                                                                40

                                                                                3 3D Calculation

                                                                                41

                                                                                4 Summary and Future Works

                                                                                42

                                                                                4 What to Study in HAO

                                                                                43

                                                                                What to Study in HAO

                                                                                Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                                                                Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                                                                Others Interaction between emerging flux and the convection

                                                                                44

                                                                                2-4 2D Parameter Study

                                                                                45

                                                                                Parameter Study

                                                                                Varying

                                                                                Field strength BX

                                                                                Total flux Φ

                                                                                to study the condition of the flux emergence

                                                                                Total flux Φ

                                                                                Field strength BX

                                                                                46

                                                                                Parameter Study

                                                                                two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                                                                dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                47

                                                                                Parameter Study

                                                                                Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                                                                48

                                                                                Parameter Study BX-Φ too strong

                                                                                49

                                                                                Density field lines and velocity vectors

                                                                                Parameter Study

                                                                                Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                                                                50

                                                                                Parameter Survey

                                                                                Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                                                                51

                                                                                Parameter Survey

                                                                                times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                                                52

                                                                                Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                53

                                                                                Density field lines and velocity vectors

                                                                                Parameter Survey

                                                                                times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                                                54

                                                                                Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                55

                                                                                Density field lines and velocity vectors

                                                                                Parameter Study

                                                                                Varying

                                                                                Field strength BX

                                                                                Initial twist q

                                                                                to study the condition of the flux emergence

                                                                                Initial twist q

                                                                                Field strength BX

                                                                                56

                                                                                Parameter Study

                                                                                Varying axial field strength BX

                                                                                57

                                                                                Parameter Study typical case

                                                                                Varying axial field strength BX

                                                                                58

                                                                                59

                                                                                Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                Parameter Study typical case

                                                                                Parameter Study BX strong

                                                                                Varying axial field strength BX

                                                                                60

                                                                                61

                                                                                Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                Parameter Study BX strong

                                                                                Parameter Study BX weak

                                                                                Varying axial field strength BX

                                                                                62

                                                                                63

                                                                                Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                Parameter Study BX weak

                                                                                Parameter Study

                                                                                Varying initial twist q

                                                                                64

                                                                                Parameter Study q weak

                                                                                Varying initial twist q

                                                                                65

                                                                                66

                                                                                Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                Parameter Study q weak

                                                                                3-1 Setup and Results

                                                                                67

                                                                                Setup

                                                                                Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                qH0=01 case rarr

                                                                                68

                                                                                rqrBrB x

                                                                                2

                                                                                tube

                                                                                2

                                                                                tube expR

                                                                                rBrBx

                                                                                3-2 Summary of 3D Work

                                                                                69

                                                                                Appendix

                                                                                70

                                                                                Active Regions and Emerging Flux

                                                                                71

                                                                                North Pole

                                                                                Equator

                                                                                Convection Zone

                                                                                Radiative Zone

                                                                                Core

                                                                                Zwaan (1985)

                                                                                Active Regions and Emerging Flux

                                                                                Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                72

                                                                                North Pole

                                                                                Equator

                                                                                Convection Zone

                                                                                Radiative Zone

                                                                                Core

                                                                                2-1 2D calculations

                                                                                73

                                                                                Apex of the Emerging Loop

                                                                                Height Zapex

                                                                                Rise Velocity VZapex

                                                                                Surfacerarr

                                                                                74

                                                                                -20000 kmrarr

                                                                                Axial Calculation Results

                                                                                Magneticflux

                                                                                Accumulateddensity

                                                                                Magneticflux

                                                                                Accumulateddensity

                                                                                Accumulateddensity

                                                                                Magneticflux

                                                                                Deceleration near the Surface

                                                                                Accumulated density

                                                                                75

                                                                                0 t

                                                                                2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                76

                                                                                2-3 Summary of 2D Works

                                                                                77

                                                                                2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                78

                                                                                Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                79

                                                                                Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                80

                                                                                Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                81

                                                                                Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                Logarithmic density

                                                                                Summary of 3D Work

                                                                                Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                82

                                                                                Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                decelerates and

                                                                                expands horizontally

                                                                                Otsuji et al (2010)83

                                                                                Observation

                                                                                Results qH0=005 (failed)

                                                                                84

                                                                                Results

                                                                                Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                85

                                                                                q large

                                                                                q small

                                                                                Results

                                                                                Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                86

                                                                                Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                Results

                                                                                Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                87

                                                                                Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                Results

                                                                                Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                q large obeys the initial

                                                                                q2 law because the tube

                                                                                keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                because it takes more time

                                                                                to emerge to the corona

                                                                                and Emag is stored in the

                                                                                photospheric tongue 88

                                                                                dVB

                                                                                Ez

                                                                                0

                                                                                2

                                                                                mag 8

                                                                                Results

                                                                                Cross-section when

                                                                                the apex reaches zH0=40

                                                                                89

                                                                                Large-scale 3D calculation

                                                                                Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                90

                                                                                Large-scale 3D calculation

                                                                                Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                91

                                                                                Large-scale 3D calculation

                                                                                Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                92

                                                                                Observation

                                                                                Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                decelerates and

                                                                                expands horizontally

                                                                                Otsuji et al (2010)93

                                                                                イントロダクション

                                                                                ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                94

                                                                                数値モデル

                                                                                初期磁束管 exp型分布

                                                                                ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                磁束管の内部圧力を

                                                                                  と表すこのとき force balance

                                                                                 が保たれるよう

                                                                                 とする

                                                                                rqrBrB x

                                                                                2

                                                                                tube

                                                                                2

                                                                                tube expR

                                                                                rBrBx

                                                                                r

                                                                                BBB

                                                                                dr

                                                                                d

                                                                                dr

                                                                                dp x

                                                                                48

                                                                                222

                                                                                exc

                                                                                222

                                                                                tube2exc 1

                                                                                28

                                                                                1xBr

                                                                                Rqp

                                                                                rpzpzyp excsi

                                                                                B

                                                                                x

                                                                                r

                                                                                B

                                                                                BX

                                                                                2πr

                                                                                95

                                                                                議論とまとめ

                                                                                結果の比較

                                                                                物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                磁束管の半径 1000 km

                                                                                初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                96

                                                                                断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                議論とまとめ

                                                                                3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                倍 )

                                                                                将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                97

                                                                                1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                太陽と磁場

                                                                                Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                98

                                                                                活動領域と浮上磁場

                                                                                活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                Zwaan (1985)

                                                                                Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                99

                                                                                磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                外圧 Pe

                                                                                ggf ieb )(

                                                                                100

                                                                                活動領域と浮上磁場

                                                                                AR 10926

                                                                                101

                                                                                磁束浮上シミュレーション

                                                                                磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                102

                                                                                対流層内部における近似計算

                                                                                ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                た 細管近似

                                                                                対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                Caligari et al (1995)

                                                                                103

                                                                                対流層内部における近似計算

                                                                                非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                Fan (2001a)104

                                                                                対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                105

                                                                                浮上磁場シミュレーション

                                                                                光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                的にコロナへ浮上

                                                                                対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                Shibata et al (1989) 106

                                                                                光球付近での減速機構

                                                                                光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                Magara (2001)

                                                                                107

                                                                                本研究の目的 (12)

                                                                                上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                108

                                                                                本研究の目的 (22)

                                                                                そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                本研究の目的

                                                                                減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                数値モデル

                                                                                初期条件

                                                                                xH-400 0 400

                                                                                zH

                                                                                200

                                                                                100

                                                                                -200

                                                                                -100

                                                                                NX timesNZ

                                                                                =1536times1920

                                                                                BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                磁束の深さ -20000 km

                                                                                光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                111

                                                                                LX = 16 万 km

                                                                                LZ = 8 万 km

                                                                                数値モデル (22)

                                                                                対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                数値モデル (23)

                                                                                初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                磁場BX

                                                                                密度ρ

                                                                                圧力 p

                                                                                温度 T

                                                                                対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                113

                                                                                数値モデル (24)

                                                                                境界条件

                                                                                -400 0 400

                                                                                200

                                                                                100

                                                                                -200

                                                                                -100

                                                                                周期境界 対称境界

                                                                                減衰領域

                                                                                x H0

                                                                                z H0

                                                                                114

                                                                                数値モデル (14)

                                                                                初期条件

                                                                                x H0

                                                                                -400 0 400

                                                                                z H0

                                                                                200

                                                                                100

                                                                                -200

                                                                                -100

                                                                                NZ=1920

                                                                                NX=1536

                                                                                BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                width D

                                                                                z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                115

                                                                                減速の物理 (34)

                                                                                磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                116

                                                                                減速の物理 (34)

                                                                                磁束シート上のプラズマ

                                                                                シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                磁束シートの浮上

                                                                                磁束シートが平らになる

                                                                                減速

                                                                                117

                                                                                光球付近における減速

                                                                                磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                磁場

                                                                                密度差

                                                                                磁場

                                                                                密度差密度差

                                                                                磁場

                                                                                118

                                                                                5 パラメータ研究

                                                                                119

                                                                                パラメータ研究 (111)

                                                                                磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                総磁束量 Φ

                                                                                を変えた計算を行った

                                                                                総磁束量 Φ

                                                                                磁場強度 BX

                                                                                120

                                                                                パラメータ研究 (211)

                                                                                2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                121

                                                                                パラメータ研究 (311)

                                                                                減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                122

                                                                                パラメータ研究 (511)

                                                                                2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                123

                                                                                パラメータ研究 (611)

                                                                                2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                124

                                                                                パラメータ研究 (711)

                                                                                times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                125

                                                                                パラメータ研究 (811)

                                                                                密度磁力線速度場126

                                                                                パラメータ研究 (911)

                                                                                対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                EmagEkin lt 1

                                                                                127

                                                                                パラメータ研究 (1011)

                                                                                times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                軸方向計算のまとめ

                                                                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                129

                                                                                断面方向計算のまとめ

                                                                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                130

                                                                                Resistive Emergence Model

                                                                                Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                observations Isobe et al (2007)

                                                                                2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                3D simulations131

                                                                                Preceding Studies(13)

                                                                                Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                132

                                                                                Preceding Studies(23)

                                                                                Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                133

                                                                                Preceding Studies(33)

                                                                                Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                zzz pF BJg

                                                                                134

                                                                                Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                135

                                                                                Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                 rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                 rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                 rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                136

                                                                                3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                137

                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                138

                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                139

                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                emerged

                                                                                q large direct emergence without a tongue

                                                                                q small two-step emergence with a tongue

                                                                                140

                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                141

                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                142

                                                                                Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                Radius Rtube 5 25

                                                                                Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                                Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                at the tube top Strong tubehellip

                                                                                143

                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                on the initial twist q

                                                                                q large direct emergence

                                                                                  Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                  Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                144

                                                                                dVB

                                                                                E corona

                                                                                2

                                                                                mag 8

                                                                                Setup and Results

                                                                                Conditions

                                                                                q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                145

                                                                                Our case Murray et al (2006)

                                                                                Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                Radius Rtube 25 25

                                                                                Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                                Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                セットアップと計算結果

                                                                                結果 (x=0)

                                                                                146

                                                                                セットアップと計算結果

                                                                                結果 (y=0)

                                                                                147

                                                                                • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                • 内容
                                                                                • 内容 (2)
                                                                                • 太陽活動と磁場
                                                                                • 活動領域と浮上磁場
                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                • 先行研究の概観
                                                                                • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                • 本研究の目的
                                                                                • 内容 (3)
                                                                                • 2次元計算2つのモード
                                                                                • 内容 (4)
                                                                                • 2次元軸方向計算
                                                                                • Slide 16
                                                                                • 光球付近における減速
                                                                                • パラメータ研究
                                                                                • 内容 (5)
                                                                                • 25次元断面方向計算
                                                                                • Slide 21
                                                                                • パラメータ研究 (2)
                                                                                • 2次元計算のまとめ
                                                                                • 内容 (6)
                                                                                • 3次元浮上磁場計算
                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                • 内容 (7)
                                                                                • まとめ
                                                                                • 今後の課題
                                                                                • Fin
                                                                                • 1 Introduction
                                                                                • 2 Previous 2D Works
                                                                                • 3 3D Calculation
                                                                                • 4 Summary and Future Works
                                                                                • 4 What to Study in HAO
                                                                                • What to Study in HAO
                                                                                • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                • Parameter Study
                                                                                • Parameter Study (2)
                                                                                • Parameter Study (3)
                                                                                • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                • Parameter Study (4)
                                                                                • Parameter Survey
                                                                                • Parameter Survey (2)
                                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                • Parameter Survey (3)
                                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                • Parameter Study (5)
                                                                                • Parameter Study (6)
                                                                                • Parameter Study typical case
                                                                                • Slide 59
                                                                                • Parameter Study BX strong
                                                                                • Slide 61
                                                                                • Parameter Study BX weak
                                                                                • Slide 63
                                                                                • Parameter Study (7)
                                                                                • Parameter Study q weak
                                                                                • Slide 66
                                                                                • 3-1 Setup and Results
                                                                                • Setup
                                                                                • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                • Appendix
                                                                                • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                • 2-1 2D calculations
                                                                                • Slide 74
                                                                                • Deceleration near the Surface
                                                                                • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                • Summary of 3D Work
                                                                                • Observation
                                                                                • Results qH0=005 (failed)
                                                                                • Results
                                                                                • Results (2)
                                                                                • Results (3)
                                                                                • Results (4)
                                                                                • Results (5)
                                                                                • Large-scale 3D calculation
                                                                                • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                • Observation (2)
                                                                                • イントロダクション
                                                                                • 数値モデル
                                                                                • 議論とまとめ
                                                                                • 議論とまとめ (2)
                                                                                • 太陽と磁場
                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                • 対流層内部における近似計算
                                                                                • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                • 光球付近での減速機構
                                                                                • 本研究の目的 (12)
                                                                                • 本研究の目的 (22)
                                                                                • 本研究の目的 (4)
                                                                                • 数値モデル (2)
                                                                                • 数値モデル (22)
                                                                                • 数値モデル (23)
                                                                                • 数値モデル (24)
                                                                                • 数値モデル (14)
                                                                                • 減速の物理 (34)
                                                                                • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                • 光球付近における減速 (2)
                                                                                • 5 パラメータ研究
                                                                                • パラメータ研究 (111)
                                                                                • パラメータ研究 (211)
                                                                                • パラメータ研究 (311)
                                                                                • パラメータ研究 (511)
                                                                                • パラメータ研究 (611)
                                                                                • パラメータ研究 (711)
                                                                                • パラメータ研究 (811)
                                                                                • パラメータ研究 (911)
                                                                                • パラメータ研究 (1011)
                                                                                • 軸方向計算のまとめ
                                                                                • 断面方向計算のまとめ
                                                                                • Resistive Emergence Model
                                                                                • Preceding Studies(13)
                                                                                • Preceding Studies(23)
                                                                                • Preceding Studies(33)
                                                                                • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                • Setup and Results
                                                                                • セットアップと計算結果
                                                                                • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                  3 3D Calculation

                                                                                  41

                                                                                  4 Summary and Future Works

                                                                                  42

                                                                                  4 What to Study in HAO

                                                                                  43

                                                                                  What to Study in HAO

                                                                                  Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                                                                  Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                                                                  Others Interaction between emerging flux and the convection

                                                                                  44

                                                                                  2-4 2D Parameter Study

                                                                                  45

                                                                                  Parameter Study

                                                                                  Varying

                                                                                  Field strength BX

                                                                                  Total flux Φ

                                                                                  to study the condition of the flux emergence

                                                                                  Total flux Φ

                                                                                  Field strength BX

                                                                                  46

                                                                                  Parameter Study

                                                                                  two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                                                                  dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                  47

                                                                                  Parameter Study

                                                                                  Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                                                                  48

                                                                                  Parameter Study BX-Φ too strong

                                                                                  49

                                                                                  Density field lines and velocity vectors

                                                                                  Parameter Study

                                                                                  Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                                                                  50

                                                                                  Parameter Survey

                                                                                  Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                                                                  51

                                                                                  Parameter Survey

                                                                                  times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                                                  52

                                                                                  Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                  53

                                                                                  Density field lines and velocity vectors

                                                                                  Parameter Survey

                                                                                  times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                                                  54

                                                                                  Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                  55

                                                                                  Density field lines and velocity vectors

                                                                                  Parameter Study

                                                                                  Varying

                                                                                  Field strength BX

                                                                                  Initial twist q

                                                                                  to study the condition of the flux emergence

                                                                                  Initial twist q

                                                                                  Field strength BX

                                                                                  56

                                                                                  Parameter Study

                                                                                  Varying axial field strength BX

                                                                                  57

                                                                                  Parameter Study typical case

                                                                                  Varying axial field strength BX

                                                                                  58

                                                                                  59

                                                                                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                  Parameter Study typical case

                                                                                  Parameter Study BX strong

                                                                                  Varying axial field strength BX

                                                                                  60

                                                                                  61

                                                                                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                  Parameter Study BX strong

                                                                                  Parameter Study BX weak

                                                                                  Varying axial field strength BX

                                                                                  62

                                                                                  63

                                                                                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                  Parameter Study BX weak

                                                                                  Parameter Study

                                                                                  Varying initial twist q

                                                                                  64

                                                                                  Parameter Study q weak

                                                                                  Varying initial twist q

                                                                                  65

                                                                                  66

                                                                                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                  Parameter Study q weak

                                                                                  3-1 Setup and Results

                                                                                  67

                                                                                  Setup

                                                                                  Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                  qH0=01 case rarr

                                                                                  68

                                                                                  rqrBrB x

                                                                                  2

                                                                                  tube

                                                                                  2

                                                                                  tube expR

                                                                                  rBrBx

                                                                                  3-2 Summary of 3D Work

                                                                                  69

                                                                                  Appendix

                                                                                  70

                                                                                  Active Regions and Emerging Flux

                                                                                  71

                                                                                  North Pole

                                                                                  Equator

                                                                                  Convection Zone

                                                                                  Radiative Zone

                                                                                  Core

                                                                                  Zwaan (1985)

                                                                                  Active Regions and Emerging Flux

                                                                                  Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                  (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                  72

                                                                                  North Pole

                                                                                  Equator

                                                                                  Convection Zone

                                                                                  Radiative Zone

                                                                                  Core

                                                                                  2-1 2D calculations

                                                                                  73

                                                                                  Apex of the Emerging Loop

                                                                                  Height Zapex

                                                                                  Rise Velocity VZapex

                                                                                  Surfacerarr

                                                                                  74

                                                                                  -20000 kmrarr

                                                                                  Axial Calculation Results

                                                                                  Magneticflux

                                                                                  Accumulateddensity

                                                                                  Magneticflux

                                                                                  Accumulateddensity

                                                                                  Accumulateddensity

                                                                                  Magneticflux

                                                                                  Deceleration near the Surface

                                                                                  Accumulated density

                                                                                  75

                                                                                  0 t

                                                                                  2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                  76

                                                                                  2-3 Summary of 2D Works

                                                                                  77

                                                                                  2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                  78

                                                                                  Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                  79

                                                                                  Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                  80

                                                                                  Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                  81

                                                                                  Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                  Logarithmic density

                                                                                  Summary of 3D Work

                                                                                  Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                  Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                  82

                                                                                  Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                  decelerates and

                                                                                  expands horizontally

                                                                                  Otsuji et al (2010)83

                                                                                  Observation

                                                                                  Results qH0=005 (failed)

                                                                                  84

                                                                                  Results

                                                                                  Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                  85

                                                                                  q large

                                                                                  q small

                                                                                  Results

                                                                                  Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                  86

                                                                                  Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                  Results

                                                                                  Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                  87

                                                                                  Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                  Results

                                                                                  Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                  q large obeys the initial

                                                                                  q2 law because the tube

                                                                                  keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                  because it takes more time

                                                                                  to emerge to the corona

                                                                                  and Emag is stored in the

                                                                                  photospheric tongue 88

                                                                                  dVB

                                                                                  Ez

                                                                                  0

                                                                                  2

                                                                                  mag 8

                                                                                  Results

                                                                                  Cross-section when

                                                                                  the apex reaches zH0=40

                                                                                  89

                                                                                  Large-scale 3D calculation

                                                                                  Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                  90

                                                                                  Large-scale 3D calculation

                                                                                  Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                  91

                                                                                  Large-scale 3D calculation

                                                                                  Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                  92

                                                                                  Observation

                                                                                  Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                  decelerates and

                                                                                  expands horizontally

                                                                                  Otsuji et al (2010)93

                                                                                  イントロダクション

                                                                                  ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                  考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                  (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                  94

                                                                                  数値モデル

                                                                                  初期磁束管 exp型分布

                                                                                  ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                  磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                  磁束管の内部圧力を

                                                                                    と表すこのとき force balance

                                                                                   が保たれるよう

                                                                                   とする

                                                                                  rqrBrB x

                                                                                  2

                                                                                  tube

                                                                                  2

                                                                                  tube expR

                                                                                  rBrBx

                                                                                  r

                                                                                  BBB

                                                                                  dr

                                                                                  d

                                                                                  dr

                                                                                  dp x

                                                                                  48

                                                                                  222

                                                                                  exc

                                                                                  222

                                                                                  tube2exc 1

                                                                                  28

                                                                                  1xBr

                                                                                  Rqp

                                                                                  rpzpzyp excsi

                                                                                  B

                                                                                  x

                                                                                  r

                                                                                  B

                                                                                  BX

                                                                                  2πr

                                                                                  95

                                                                                  議論とまとめ

                                                                                  結果の比較

                                                                                  物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                  初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                  総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                  初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                  磁束管の半径 1000 km

                                                                                  初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                  1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                  減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                  96

                                                                                  断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                  議論とまとめ

                                                                                  3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                  軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                  総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                  考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                  倍 )

                                                                                  将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                  97

                                                                                  1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                  太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                  太陽と磁場

                                                                                  Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                  98

                                                                                  活動領域と浮上磁場

                                                                                  活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                  磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                  太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                  Zwaan (1985)

                                                                                  Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                  99

                                                                                  磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                  磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                  る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                  Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                  内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                  外圧 Pe

                                                                                  ggf ieb )(

                                                                                  100

                                                                                  活動領域と浮上磁場

                                                                                  AR 10926

                                                                                  101

                                                                                  磁束浮上シミュレーション

                                                                                  磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                  102

                                                                                  対流層内部における近似計算

                                                                                  ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                  た 細管近似

                                                                                  対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                  物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                  Caligari et al (1995)

                                                                                  103

                                                                                  対流層内部における近似計算

                                                                                  非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                  大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                  中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                  Fan (2001a)104

                                                                                  対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                  しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                  細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                  したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                  105

                                                                                  浮上磁場シミュレーション

                                                                                  光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                  的にコロナへ浮上

                                                                                  対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                  Shibata et al (1989) 106

                                                                                  光球付近での減速機構

                                                                                  光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                  Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                  Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                  Magara (2001)

                                                                                  107

                                                                                  本研究の目的 (12)

                                                                                  上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                  しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                  対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                  しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                  したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                  108

                                                                                  本研究の目的 (22)

                                                                                  そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                  対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                  典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                  典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                  本研究の目的

                                                                                  減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                  2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                  典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                  典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                  数値モデル

                                                                                  初期条件

                                                                                  xH-400 0 400

                                                                                  zH

                                                                                  200

                                                                                  100

                                                                                  -200

                                                                                  -100

                                                                                  NX timesNZ

                                                                                  =1536times1920

                                                                                  BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                  磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                  磁束の深さ -20000 km

                                                                                  光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                  111

                                                                                  LX = 16 万 km

                                                                                  LZ = 8 万 km

                                                                                  数値モデル (22)

                                                                                  対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                  無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                  速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                  時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                  密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                  圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                  温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                  磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                  数値モデル (23)

                                                                                  初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                  磁場BX

                                                                                  密度ρ

                                                                                  圧力 p

                                                                                  温度 T

                                                                                  対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                  113

                                                                                  数値モデル (24)

                                                                                  境界条件

                                                                                  -400 0 400

                                                                                  200

                                                                                  100

                                                                                  -200

                                                                                  -100

                                                                                  周期境界 対称境界

                                                                                  減衰領域

                                                                                  x H0

                                                                                  z H0

                                                                                  114

                                                                                  数値モデル (14)

                                                                                  初期条件

                                                                                  x H0

                                                                                  -400 0 400

                                                                                  z H0

                                                                                  200

                                                                                  100

                                                                                  -200

                                                                                  -100

                                                                                  NZ=1920

                                                                                  NX=1536

                                                                                  BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                  width D

                                                                                  z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                  115

                                                                                  減速の物理 (34)

                                                                                  磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                  116

                                                                                  減速の物理 (34)

                                                                                  磁束シート上のプラズマ

                                                                                  シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                  磁束シートの浮上

                                                                                  磁束シートが平らになる

                                                                                  減速

                                                                                  117

                                                                                  光球付近における減速

                                                                                  磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                  磁場

                                                                                  密度差

                                                                                  磁場

                                                                                  密度差密度差

                                                                                  磁場

                                                                                  118

                                                                                  5 パラメータ研究

                                                                                  119

                                                                                  パラメータ研究 (111)

                                                                                  磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                  総磁束量 Φ

                                                                                  を変えた計算を行った

                                                                                  総磁束量 Φ

                                                                                  磁場強度 BX

                                                                                  120

                                                                                  パラメータ研究 (211)

                                                                                  2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                  点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                  121

                                                                                  パラメータ研究 (311)

                                                                                  減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                  122

                                                                                  パラメータ研究 (511)

                                                                                  2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                  123

                                                                                  パラメータ研究 (611)

                                                                                  2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                  124

                                                                                  パラメータ研究 (711)

                                                                                  times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                  125

                                                                                  パラメータ研究 (811)

                                                                                  密度磁力線速度場126

                                                                                  パラメータ研究 (911)

                                                                                  対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                  EmagEkin lt 1

                                                                                  127

                                                                                  パラメータ研究 (1011)

                                                                                  times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                  軸方向計算のまとめ

                                                                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                  減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                  129

                                                                                  断面方向計算のまとめ

                                                                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                  減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                  130

                                                                                  Resistive Emergence Model

                                                                                  Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                  observations Isobe et al (2007)

                                                                                  2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                  3D simulations131

                                                                                  Preceding Studies(13)

                                                                                  Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                  force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                  that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                  132

                                                                                  Preceding Studies(23)

                                                                                  Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                  persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                  133

                                                                                  Preceding Studies(33)

                                                                                  Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                  gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                  Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                  zzz pF BJg

                                                                                  134

                                                                                  Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                  135

                                                                                  Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                  Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                  magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                   rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                   rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                   rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                  Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                  136

                                                                                  3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                  137

                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                  Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                  138

                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                  Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                  twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                  139

                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                  Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                  emerged

                                                                                  q large direct emergence without a tongue

                                                                                  q small two-step emergence with a tongue

                                                                                  140

                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                  Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                  141

                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                  Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                  Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                  142

                                                                                  Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                  Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                  Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                  Radius Rtube 5 25

                                                                                  Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                                  Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                  Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                  Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                  Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                  plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                  at the tube top Strong tubehellip

                                                                                  143

                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                  Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                  on the initial twist q

                                                                                  q large direct emergence

                                                                                    Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                    Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                  144

                                                                                  dVB

                                                                                  E corona

                                                                                  2

                                                                                  mag 8

                                                                                  Setup and Results

                                                                                  Conditions

                                                                                  q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                  145

                                                                                  Our case Murray et al (2006)

                                                                                  Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                  Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                  Radius Rtube 25 25

                                                                                  Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                                  Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                  Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                  Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                  セットアップと計算結果

                                                                                  結果 (x=0)

                                                                                  146

                                                                                  セットアップと計算結果

                                                                                  結果 (y=0)

                                                                                  147

                                                                                  • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                  • 内容
                                                                                  • 内容 (2)
                                                                                  • 太陽活動と磁場
                                                                                  • 活動領域と浮上磁場
                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                  • 先行研究の概観
                                                                                  • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                  • 本研究の目的
                                                                                  • 内容 (3)
                                                                                  • 2次元計算2つのモード
                                                                                  • 内容 (4)
                                                                                  • 2次元軸方向計算
                                                                                  • Slide 16
                                                                                  • 光球付近における減速
                                                                                  • パラメータ研究
                                                                                  • 内容 (5)
                                                                                  • 25次元断面方向計算
                                                                                  • Slide 21
                                                                                  • パラメータ研究 (2)
                                                                                  • 2次元計算のまとめ
                                                                                  • 内容 (6)
                                                                                  • 3次元浮上磁場計算
                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                  • 内容 (7)
                                                                                  • まとめ
                                                                                  • 今後の課題
                                                                                  • Fin
                                                                                  • 1 Introduction
                                                                                  • 2 Previous 2D Works
                                                                                  • 3 3D Calculation
                                                                                  • 4 Summary and Future Works
                                                                                  • 4 What to Study in HAO
                                                                                  • What to Study in HAO
                                                                                  • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                  • Parameter Study
                                                                                  • Parameter Study (2)
                                                                                  • Parameter Study (3)
                                                                                  • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                  • Parameter Study (4)
                                                                                  • Parameter Survey
                                                                                  • Parameter Survey (2)
                                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                  • Parameter Survey (3)
                                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                  • Parameter Study (5)
                                                                                  • Parameter Study (6)
                                                                                  • Parameter Study typical case
                                                                                  • Slide 59
                                                                                  • Parameter Study BX strong
                                                                                  • Slide 61
                                                                                  • Parameter Study BX weak
                                                                                  • Slide 63
                                                                                  • Parameter Study (7)
                                                                                  • Parameter Study q weak
                                                                                  • Slide 66
                                                                                  • 3-1 Setup and Results
                                                                                  • Setup
                                                                                  • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                  • Appendix
                                                                                  • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                  • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                  • 2-1 2D calculations
                                                                                  • Slide 74
                                                                                  • Deceleration near the Surface
                                                                                  • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                  • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                  • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                  • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                  • Summary of 3D Work
                                                                                  • Observation
                                                                                  • Results qH0=005 (failed)
                                                                                  • Results
                                                                                  • Results (2)
                                                                                  • Results (3)
                                                                                  • Results (4)
                                                                                  • Results (5)
                                                                                  • Large-scale 3D calculation
                                                                                  • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                  • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                  • Observation (2)
                                                                                  • イントロダクション
                                                                                  • 数値モデル
                                                                                  • 議論とまとめ
                                                                                  • 議論とまとめ (2)
                                                                                  • 太陽と磁場
                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                  • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                  • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                  • 対流層内部における近似計算
                                                                                  • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                  • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                  • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                  • 光球付近での減速機構
                                                                                  • 本研究の目的 (12)
                                                                                  • 本研究の目的 (22)
                                                                                  • 本研究の目的 (4)
                                                                                  • 数値モデル (2)
                                                                                  • 数値モデル (22)
                                                                                  • 数値モデル (23)
                                                                                  • 数値モデル (24)
                                                                                  • 数値モデル (14)
                                                                                  • 減速の物理 (34)
                                                                                  • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                  • 光球付近における減速 (2)
                                                                                  • 5 パラメータ研究
                                                                                  • パラメータ研究 (111)
                                                                                  • パラメータ研究 (211)
                                                                                  • パラメータ研究 (311)
                                                                                  • パラメータ研究 (511)
                                                                                  • パラメータ研究 (611)
                                                                                  • パラメータ研究 (711)
                                                                                  • パラメータ研究 (811)
                                                                                  • パラメータ研究 (911)
                                                                                  • パラメータ研究 (1011)
                                                                                  • 軸方向計算のまとめ
                                                                                  • 断面方向計算のまとめ
                                                                                  • Resistive Emergence Model
                                                                                  • Preceding Studies(13)
                                                                                  • Preceding Studies(23)
                                                                                  • Preceding Studies(33)
                                                                                  • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                  • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                  • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                  • Setup and Results
                                                                                  • セットアップと計算結果
                                                                                  • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                    4 Summary and Future Works

                                                                                    42

                                                                                    4 What to Study in HAO

                                                                                    43

                                                                                    What to Study in HAO

                                                                                    Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                                                                    Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                                                                    Others Interaction between emerging flux and the convection

                                                                                    44

                                                                                    2-4 2D Parameter Study

                                                                                    45

                                                                                    Parameter Study

                                                                                    Varying

                                                                                    Field strength BX

                                                                                    Total flux Φ

                                                                                    to study the condition of the flux emergence

                                                                                    Total flux Φ

                                                                                    Field strength BX

                                                                                    46

                                                                                    Parameter Study

                                                                                    two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                                                                    dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                    47

                                                                                    Parameter Study

                                                                                    Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                                                                    48

                                                                                    Parameter Study BX-Φ too strong

                                                                                    49

                                                                                    Density field lines and velocity vectors

                                                                                    Parameter Study

                                                                                    Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                                                                    50

                                                                                    Parameter Survey

                                                                                    Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                                                                    51

                                                                                    Parameter Survey

                                                                                    times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                                                    52

                                                                                    Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                    53

                                                                                    Density field lines and velocity vectors

                                                                                    Parameter Survey

                                                                                    times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                                                    54

                                                                                    Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                    55

                                                                                    Density field lines and velocity vectors

                                                                                    Parameter Study

                                                                                    Varying

                                                                                    Field strength BX

                                                                                    Initial twist q

                                                                                    to study the condition of the flux emergence

                                                                                    Initial twist q

                                                                                    Field strength BX

                                                                                    56

                                                                                    Parameter Study

                                                                                    Varying axial field strength BX

                                                                                    57

                                                                                    Parameter Study typical case

                                                                                    Varying axial field strength BX

                                                                                    58

                                                                                    59

                                                                                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                    Parameter Study typical case

                                                                                    Parameter Study BX strong

                                                                                    Varying axial field strength BX

                                                                                    60

                                                                                    61

                                                                                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                    Parameter Study BX strong

                                                                                    Parameter Study BX weak

                                                                                    Varying axial field strength BX

                                                                                    62

                                                                                    63

                                                                                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                    Parameter Study BX weak

                                                                                    Parameter Study

                                                                                    Varying initial twist q

                                                                                    64

                                                                                    Parameter Study q weak

                                                                                    Varying initial twist q

                                                                                    65

                                                                                    66

                                                                                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                    Parameter Study q weak

                                                                                    3-1 Setup and Results

                                                                                    67

                                                                                    Setup

                                                                                    Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                    qH0=01 case rarr

                                                                                    68

                                                                                    rqrBrB x

                                                                                    2

                                                                                    tube

                                                                                    2

                                                                                    tube expR

                                                                                    rBrBx

                                                                                    3-2 Summary of 3D Work

                                                                                    69

                                                                                    Appendix

                                                                                    70

                                                                                    Active Regions and Emerging Flux

                                                                                    71

                                                                                    North Pole

                                                                                    Equator

                                                                                    Convection Zone

                                                                                    Radiative Zone

                                                                                    Core

                                                                                    Zwaan (1985)

                                                                                    Active Regions and Emerging Flux

                                                                                    Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                    (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                    72

                                                                                    North Pole

                                                                                    Equator

                                                                                    Convection Zone

                                                                                    Radiative Zone

                                                                                    Core

                                                                                    2-1 2D calculations

                                                                                    73

                                                                                    Apex of the Emerging Loop

                                                                                    Height Zapex

                                                                                    Rise Velocity VZapex

                                                                                    Surfacerarr

                                                                                    74

                                                                                    -20000 kmrarr

                                                                                    Axial Calculation Results

                                                                                    Magneticflux

                                                                                    Accumulateddensity

                                                                                    Magneticflux

                                                                                    Accumulateddensity

                                                                                    Accumulateddensity

                                                                                    Magneticflux

                                                                                    Deceleration near the Surface

                                                                                    Accumulated density

                                                                                    75

                                                                                    0 t

                                                                                    2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                    76

                                                                                    2-3 Summary of 2D Works

                                                                                    77

                                                                                    2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                    78

                                                                                    Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                    79

                                                                                    Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                    80

                                                                                    Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                    81

                                                                                    Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                    Logarithmic density

                                                                                    Summary of 3D Work

                                                                                    Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                    Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                    82

                                                                                    Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                    decelerates and

                                                                                    expands horizontally

                                                                                    Otsuji et al (2010)83

                                                                                    Observation

                                                                                    Results qH0=005 (failed)

                                                                                    84

                                                                                    Results

                                                                                    Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                    85

                                                                                    q large

                                                                                    q small

                                                                                    Results

                                                                                    Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                    86

                                                                                    Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                    Results

                                                                                    Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                    87

                                                                                    Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                    Results

                                                                                    Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                    q large obeys the initial

                                                                                    q2 law because the tube

                                                                                    keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                    because it takes more time

                                                                                    to emerge to the corona

                                                                                    and Emag is stored in the

                                                                                    photospheric tongue 88

                                                                                    dVB

                                                                                    Ez

                                                                                    0

                                                                                    2

                                                                                    mag 8

                                                                                    Results

                                                                                    Cross-section when

                                                                                    the apex reaches zH0=40

                                                                                    89

                                                                                    Large-scale 3D calculation

                                                                                    Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                    90

                                                                                    Large-scale 3D calculation

                                                                                    Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                    91

                                                                                    Large-scale 3D calculation

                                                                                    Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                    92

                                                                                    Observation

                                                                                    Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                    decelerates and

                                                                                    expands horizontally

                                                                                    Otsuji et al (2010)93

                                                                                    イントロダクション

                                                                                    ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                    考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                    (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                    94

                                                                                    数値モデル

                                                                                    初期磁束管 exp型分布

                                                                                    ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                    磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                    磁束管の内部圧力を

                                                                                      と表すこのとき force balance

                                                                                     が保たれるよう

                                                                                     とする

                                                                                    rqrBrB x

                                                                                    2

                                                                                    tube

                                                                                    2

                                                                                    tube expR

                                                                                    rBrBx

                                                                                    r

                                                                                    BBB

                                                                                    dr

                                                                                    d

                                                                                    dr

                                                                                    dp x

                                                                                    48

                                                                                    222

                                                                                    exc

                                                                                    222

                                                                                    tube2exc 1

                                                                                    28

                                                                                    1xBr

                                                                                    Rqp

                                                                                    rpzpzyp excsi

                                                                                    B

                                                                                    x

                                                                                    r

                                                                                    B

                                                                                    BX

                                                                                    2πr

                                                                                    95

                                                                                    議論とまとめ

                                                                                    結果の比較

                                                                                    物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                    初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                    総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                    初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                    磁束管の半径 1000 km

                                                                                    初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                    1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                    減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                    96

                                                                                    断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                    議論とまとめ

                                                                                    3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                    軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                    総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                    考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                    倍 )

                                                                                    将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                    97

                                                                                    1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                    太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                    太陽と磁場

                                                                                    Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                    98

                                                                                    活動領域と浮上磁場

                                                                                    活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                    磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                    太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                    Zwaan (1985)

                                                                                    Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                    99

                                                                                    磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                    磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                    る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                    Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                    内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                    外圧 Pe

                                                                                    ggf ieb )(

                                                                                    100

                                                                                    活動領域と浮上磁場

                                                                                    AR 10926

                                                                                    101

                                                                                    磁束浮上シミュレーション

                                                                                    磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                    102

                                                                                    対流層内部における近似計算

                                                                                    ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                    た 細管近似

                                                                                    対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                    物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                    Caligari et al (1995)

                                                                                    103

                                                                                    対流層内部における近似計算

                                                                                    非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                    大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                    中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                    Fan (2001a)104

                                                                                    対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                    しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                    細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                    したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                    105

                                                                                    浮上磁場シミュレーション

                                                                                    光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                    的にコロナへ浮上

                                                                                    対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                    Shibata et al (1989) 106

                                                                                    光球付近での減速機構

                                                                                    光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                    Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                    Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                    Magara (2001)

                                                                                    107

                                                                                    本研究の目的 (12)

                                                                                    上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                    しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                    対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                    しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                    したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                    108

                                                                                    本研究の目的 (22)

                                                                                    そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                    対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                    典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                    典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                    本研究の目的

                                                                                    減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                    2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                    典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                    典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                    数値モデル

                                                                                    初期条件

                                                                                    xH-400 0 400

                                                                                    zH

                                                                                    200

                                                                                    100

                                                                                    -200

                                                                                    -100

                                                                                    NX timesNZ

                                                                                    =1536times1920

                                                                                    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                    磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                    磁束の深さ -20000 km

                                                                                    光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                    111

                                                                                    LX = 16 万 km

                                                                                    LZ = 8 万 km

                                                                                    数値モデル (22)

                                                                                    対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                    無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                    速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                    時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                    密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                    圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                    温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                    磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                    数値モデル (23)

                                                                                    初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                    磁場BX

                                                                                    密度ρ

                                                                                    圧力 p

                                                                                    温度 T

                                                                                    対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                    113

                                                                                    数値モデル (24)

                                                                                    境界条件

                                                                                    -400 0 400

                                                                                    200

                                                                                    100

                                                                                    -200

                                                                                    -100

                                                                                    周期境界 対称境界

                                                                                    減衰領域

                                                                                    x H0

                                                                                    z H0

                                                                                    114

                                                                                    数値モデル (14)

                                                                                    初期条件

                                                                                    x H0

                                                                                    -400 0 400

                                                                                    z H0

                                                                                    200

                                                                                    100

                                                                                    -200

                                                                                    -100

                                                                                    NZ=1920

                                                                                    NX=1536

                                                                                    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                    width D

                                                                                    z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                    115

                                                                                    減速の物理 (34)

                                                                                    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                    116

                                                                                    減速の物理 (34)

                                                                                    磁束シート上のプラズマ

                                                                                    シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                    磁束シートの浮上

                                                                                    磁束シートが平らになる

                                                                                    減速

                                                                                    117

                                                                                    光球付近における減速

                                                                                    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                    磁場

                                                                                    密度差

                                                                                    磁場

                                                                                    密度差密度差

                                                                                    磁場

                                                                                    118

                                                                                    5 パラメータ研究

                                                                                    119

                                                                                    パラメータ研究 (111)

                                                                                    磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                    総磁束量 Φ

                                                                                    を変えた計算を行った

                                                                                    総磁束量 Φ

                                                                                    磁場強度 BX

                                                                                    120

                                                                                    パラメータ研究 (211)

                                                                                    2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                    点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                    121

                                                                                    パラメータ研究 (311)

                                                                                    減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                    122

                                                                                    パラメータ研究 (511)

                                                                                    2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                    123

                                                                                    パラメータ研究 (611)

                                                                                    2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                    124

                                                                                    パラメータ研究 (711)

                                                                                    times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                    125

                                                                                    パラメータ研究 (811)

                                                                                    密度磁力線速度場126

                                                                                    パラメータ研究 (911)

                                                                                    対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                    EmagEkin lt 1

                                                                                    127

                                                                                    パラメータ研究 (1011)

                                                                                    times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                    軸方向計算のまとめ

                                                                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                    減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                    129

                                                                                    断面方向計算のまとめ

                                                                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                    減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                    130

                                                                                    Resistive Emergence Model

                                                                                    Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                    observations Isobe et al (2007)

                                                                                    2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                    3D simulations131

                                                                                    Preceding Studies(13)

                                                                                    Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                    force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                    that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                    132

                                                                                    Preceding Studies(23)

                                                                                    Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                    persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                    133

                                                                                    Preceding Studies(33)

                                                                                    Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                    gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                    Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                    zzz pF BJg

                                                                                    134

                                                                                    Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                    135

                                                                                    Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                    Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                    magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                     rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                     rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                     rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                    Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                    136

                                                                                    3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                    137

                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                    Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                    138

                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                    Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                    twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                    139

                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                    Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                    emerged

                                                                                    q large direct emergence without a tongue

                                                                                    q small two-step emergence with a tongue

                                                                                    140

                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                    Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                    141

                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                    Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                    Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                    142

                                                                                    Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                    Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                    Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                    Radius Rtube 5 25

                                                                                    Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                                                    Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                    Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                    Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                    Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                    plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                    at the tube top Strong tubehellip

                                                                                    143

                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                    Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                    on the initial twist q

                                                                                    q large direct emergence

                                                                                      Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                      Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                    144

                                                                                    dVB

                                                                                    E corona

                                                                                    2

                                                                                    mag 8

                                                                                    Setup and Results

                                                                                    Conditions

                                                                                    q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                    145

                                                                                    Our case Murray et al (2006)

                                                                                    Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                    Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                    Radius Rtube 25 25

                                                                                    Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                                                    Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                    Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                    Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                    セットアップと計算結果

                                                                                    結果 (x=0)

                                                                                    146

                                                                                    セットアップと計算結果

                                                                                    結果 (y=0)

                                                                                    147

                                                                                    • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                    • 内容
                                                                                    • 内容 (2)
                                                                                    • 太陽活動と磁場
                                                                                    • 活動領域と浮上磁場
                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                    • 先行研究の概観
                                                                                    • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                    • 本研究の目的
                                                                                    • 内容 (3)
                                                                                    • 2次元計算2つのモード
                                                                                    • 内容 (4)
                                                                                    • 2次元軸方向計算
                                                                                    • Slide 16
                                                                                    • 光球付近における減速
                                                                                    • パラメータ研究
                                                                                    • 内容 (5)
                                                                                    • 25次元断面方向計算
                                                                                    • Slide 21
                                                                                    • パラメータ研究 (2)
                                                                                    • 2次元計算のまとめ
                                                                                    • 内容 (6)
                                                                                    • 3次元浮上磁場計算
                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                    • 内容 (7)
                                                                                    • まとめ
                                                                                    • 今後の課題
                                                                                    • Fin
                                                                                    • 1 Introduction
                                                                                    • 2 Previous 2D Works
                                                                                    • 3 3D Calculation
                                                                                    • 4 Summary and Future Works
                                                                                    • 4 What to Study in HAO
                                                                                    • What to Study in HAO
                                                                                    • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                    • Parameter Study
                                                                                    • Parameter Study (2)
                                                                                    • Parameter Study (3)
                                                                                    • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                    • Parameter Study (4)
                                                                                    • Parameter Survey
                                                                                    • Parameter Survey (2)
                                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                    • Parameter Survey (3)
                                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                    • Parameter Study (5)
                                                                                    • Parameter Study (6)
                                                                                    • Parameter Study typical case
                                                                                    • Slide 59
                                                                                    • Parameter Study BX strong
                                                                                    • Slide 61
                                                                                    • Parameter Study BX weak
                                                                                    • Slide 63
                                                                                    • Parameter Study (7)
                                                                                    • Parameter Study q weak
                                                                                    • Slide 66
                                                                                    • 3-1 Setup and Results
                                                                                    • Setup
                                                                                    • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                    • Appendix
                                                                                    • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                    • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                    • 2-1 2D calculations
                                                                                    • Slide 74
                                                                                    • Deceleration near the Surface
                                                                                    • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                    • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                    • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                    • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                    • Summary of 3D Work
                                                                                    • Observation
                                                                                    • Results qH0=005 (failed)
                                                                                    • Results
                                                                                    • Results (2)
                                                                                    • Results (3)
                                                                                    • Results (4)
                                                                                    • Results (5)
                                                                                    • Large-scale 3D calculation
                                                                                    • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                    • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                    • Observation (2)
                                                                                    • イントロダクション
                                                                                    • 数値モデル
                                                                                    • 議論とまとめ
                                                                                    • 議論とまとめ (2)
                                                                                    • 太陽と磁場
                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                    • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                    • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                    • 対流層内部における近似計算
                                                                                    • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                    • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                    • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                    • 光球付近での減速機構
                                                                                    • 本研究の目的 (12)
                                                                                    • 本研究の目的 (22)
                                                                                    • 本研究の目的 (4)
                                                                                    • 数値モデル (2)
                                                                                    • 数値モデル (22)
                                                                                    • 数値モデル (23)
                                                                                    • 数値モデル (24)
                                                                                    • 数値モデル (14)
                                                                                    • 減速の物理 (34)
                                                                                    • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                    • 光球付近における減速 (2)
                                                                                    • 5 パラメータ研究
                                                                                    • パラメータ研究 (111)
                                                                                    • パラメータ研究 (211)
                                                                                    • パラメータ研究 (311)
                                                                                    • パラメータ研究 (511)
                                                                                    • パラメータ研究 (611)
                                                                                    • パラメータ研究 (711)
                                                                                    • パラメータ研究 (811)
                                                                                    • パラメータ研究 (911)
                                                                                    • パラメータ研究 (1011)
                                                                                    • 軸方向計算のまとめ
                                                                                    • 断面方向計算のまとめ
                                                                                    • Resistive Emergence Model
                                                                                    • Preceding Studies(13)
                                                                                    • Preceding Studies(23)
                                                                                    • Preceding Studies(33)
                                                                                    • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                    • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                    • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                    • Setup and Results
                                                                                    • セットアップと計算結果
                                                                                    • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                      4 What to Study in HAO

                                                                                      43

                                                                                      What to Study in HAO

                                                                                      Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                                                                      Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                                                                      Others Interaction between emerging flux and the convection

                                                                                      44

                                                                                      2-4 2D Parameter Study

                                                                                      45

                                                                                      Parameter Study

                                                                                      Varying

                                                                                      Field strength BX

                                                                                      Total flux Φ

                                                                                      to study the condition of the flux emergence

                                                                                      Total flux Φ

                                                                                      Field strength BX

                                                                                      46

                                                                                      Parameter Study

                                                                                      two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                                                                      dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                      47

                                                                                      Parameter Study

                                                                                      Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                                                                      48

                                                                                      Parameter Study BX-Φ too strong

                                                                                      49

                                                                                      Density field lines and velocity vectors

                                                                                      Parameter Study

                                                                                      Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                                                                      50

                                                                                      Parameter Survey

                                                                                      Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                                                                      51

                                                                                      Parameter Survey

                                                                                      times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                                                      52

                                                                                      Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                      53

                                                                                      Density field lines and velocity vectors

                                                                                      Parameter Survey

                                                                                      times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                                                      54

                                                                                      Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                      55

                                                                                      Density field lines and velocity vectors

                                                                                      Parameter Study

                                                                                      Varying

                                                                                      Field strength BX

                                                                                      Initial twist q

                                                                                      to study the condition of the flux emergence

                                                                                      Initial twist q

                                                                                      Field strength BX

                                                                                      56

                                                                                      Parameter Study

                                                                                      Varying axial field strength BX

                                                                                      57

                                                                                      Parameter Study typical case

                                                                                      Varying axial field strength BX

                                                                                      58

                                                                                      59

                                                                                      Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                      Parameter Study typical case

                                                                                      Parameter Study BX strong

                                                                                      Varying axial field strength BX

                                                                                      60

                                                                                      61

                                                                                      Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                      Parameter Study BX strong

                                                                                      Parameter Study BX weak

                                                                                      Varying axial field strength BX

                                                                                      62

                                                                                      63

                                                                                      Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                      Parameter Study BX weak

                                                                                      Parameter Study

                                                                                      Varying initial twist q

                                                                                      64

                                                                                      Parameter Study q weak

                                                                                      Varying initial twist q

                                                                                      65

                                                                                      66

                                                                                      Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                      Parameter Study q weak

                                                                                      3-1 Setup and Results

                                                                                      67

                                                                                      Setup

                                                                                      Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                      qH0=01 case rarr

                                                                                      68

                                                                                      rqrBrB x

                                                                                      2

                                                                                      tube

                                                                                      2

                                                                                      tube expR

                                                                                      rBrBx

                                                                                      3-2 Summary of 3D Work

                                                                                      69

                                                                                      Appendix

                                                                                      70

                                                                                      Active Regions and Emerging Flux

                                                                                      71

                                                                                      North Pole

                                                                                      Equator

                                                                                      Convection Zone

                                                                                      Radiative Zone

                                                                                      Core

                                                                                      Zwaan (1985)

                                                                                      Active Regions and Emerging Flux

                                                                                      Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                      (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                      72

                                                                                      North Pole

                                                                                      Equator

                                                                                      Convection Zone

                                                                                      Radiative Zone

                                                                                      Core

                                                                                      2-1 2D calculations

                                                                                      73

                                                                                      Apex of the Emerging Loop

                                                                                      Height Zapex

                                                                                      Rise Velocity VZapex

                                                                                      Surfacerarr

                                                                                      74

                                                                                      -20000 kmrarr

                                                                                      Axial Calculation Results

                                                                                      Magneticflux

                                                                                      Accumulateddensity

                                                                                      Magneticflux

                                                                                      Accumulateddensity

                                                                                      Accumulateddensity

                                                                                      Magneticflux

                                                                                      Deceleration near the Surface

                                                                                      Accumulated density

                                                                                      75

                                                                                      0 t

                                                                                      2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                      76

                                                                                      2-3 Summary of 2D Works

                                                                                      77

                                                                                      2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                      78

                                                                                      Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                      79

                                                                                      Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                      80

                                                                                      Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                      81

                                                                                      Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                      Logarithmic density

                                                                                      Summary of 3D Work

                                                                                      Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                      Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                      82

                                                                                      Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                      decelerates and

                                                                                      expands horizontally

                                                                                      Otsuji et al (2010)83

                                                                                      Observation

                                                                                      Results qH0=005 (failed)

                                                                                      84

                                                                                      Results

                                                                                      Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                      85

                                                                                      q large

                                                                                      q small

                                                                                      Results

                                                                                      Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                      86

                                                                                      Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                      Results

                                                                                      Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                      87

                                                                                      Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                      Results

                                                                                      Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                      q large obeys the initial

                                                                                      q2 law because the tube

                                                                                      keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                      because it takes more time

                                                                                      to emerge to the corona

                                                                                      and Emag is stored in the

                                                                                      photospheric tongue 88

                                                                                      dVB

                                                                                      Ez

                                                                                      0

                                                                                      2

                                                                                      mag 8

                                                                                      Results

                                                                                      Cross-section when

                                                                                      the apex reaches zH0=40

                                                                                      89

                                                                                      Large-scale 3D calculation

                                                                                      Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                      90

                                                                                      Large-scale 3D calculation

                                                                                      Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                      91

                                                                                      Large-scale 3D calculation

                                                                                      Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                      92

                                                                                      Observation

                                                                                      Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                      decelerates and

                                                                                      expands horizontally

                                                                                      Otsuji et al (2010)93

                                                                                      イントロダクション

                                                                                      ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                      考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                      (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                      94

                                                                                      数値モデル

                                                                                      初期磁束管 exp型分布

                                                                                      ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                      磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                      磁束管の内部圧力を

                                                                                        と表すこのとき force balance

                                                                                       が保たれるよう

                                                                                       とする

                                                                                      rqrBrB x

                                                                                      2

                                                                                      tube

                                                                                      2

                                                                                      tube expR

                                                                                      rBrBx

                                                                                      r

                                                                                      BBB

                                                                                      dr

                                                                                      d

                                                                                      dr

                                                                                      dp x

                                                                                      48

                                                                                      222

                                                                                      exc

                                                                                      222

                                                                                      tube2exc 1

                                                                                      28

                                                                                      1xBr

                                                                                      Rqp

                                                                                      rpzpzyp excsi

                                                                                      B

                                                                                      x

                                                                                      r

                                                                                      B

                                                                                      BX

                                                                                      2πr

                                                                                      95

                                                                                      議論とまとめ

                                                                                      結果の比較

                                                                                      物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                      初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                      総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                      初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                      磁束管の半径 1000 km

                                                                                      初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                      1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                      減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                      96

                                                                                      断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                      議論とまとめ

                                                                                      3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                      軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                      総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                      考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                      倍 )

                                                                                      将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                      97

                                                                                      1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                      太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                      太陽と磁場

                                                                                      Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                      98

                                                                                      活動領域と浮上磁場

                                                                                      活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                      磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                      太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                      Zwaan (1985)

                                                                                      Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                      99

                                                                                      磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                      磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                      る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                      Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                      内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                      外圧 Pe

                                                                                      ggf ieb )(

                                                                                      100

                                                                                      活動領域と浮上磁場

                                                                                      AR 10926

                                                                                      101

                                                                                      磁束浮上シミュレーション

                                                                                      磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                      102

                                                                                      対流層内部における近似計算

                                                                                      ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                      た 細管近似

                                                                                      対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                      物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                      Caligari et al (1995)

                                                                                      103

                                                                                      対流層内部における近似計算

                                                                                      非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                      大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                      中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                      Fan (2001a)104

                                                                                      対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                      しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                      細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                      したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                      105

                                                                                      浮上磁場シミュレーション

                                                                                      光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                      的にコロナへ浮上

                                                                                      対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                      Shibata et al (1989) 106

                                                                                      光球付近での減速機構

                                                                                      光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                      Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                      Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                      Magara (2001)

                                                                                      107

                                                                                      本研究の目的 (12)

                                                                                      上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                      しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                      対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                      しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                      したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                      108

                                                                                      本研究の目的 (22)

                                                                                      そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                      対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                      典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                      典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                      本研究の目的

                                                                                      減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                      2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                      典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                      典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                      数値モデル

                                                                                      初期条件

                                                                                      xH-400 0 400

                                                                                      zH

                                                                                      200

                                                                                      100

                                                                                      -200

                                                                                      -100

                                                                                      NX timesNZ

                                                                                      =1536times1920

                                                                                      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                      磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                      磁束の深さ -20000 km

                                                                                      光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                      111

                                                                                      LX = 16 万 km

                                                                                      LZ = 8 万 km

                                                                                      数値モデル (22)

                                                                                      対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                      無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                      速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                      時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                      密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                      圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                      温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                      磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                      数値モデル (23)

                                                                                      初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                      磁場BX

                                                                                      密度ρ

                                                                                      圧力 p

                                                                                      温度 T

                                                                                      対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                      113

                                                                                      数値モデル (24)

                                                                                      境界条件

                                                                                      -400 0 400

                                                                                      200

                                                                                      100

                                                                                      -200

                                                                                      -100

                                                                                      周期境界 対称境界

                                                                                      減衰領域

                                                                                      x H0

                                                                                      z H0

                                                                                      114

                                                                                      数値モデル (14)

                                                                                      初期条件

                                                                                      x H0

                                                                                      -400 0 400

                                                                                      z H0

                                                                                      200

                                                                                      100

                                                                                      -200

                                                                                      -100

                                                                                      NZ=1920

                                                                                      NX=1536

                                                                                      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                      width D

                                                                                      z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                      115

                                                                                      減速の物理 (34)

                                                                                      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                      116

                                                                                      減速の物理 (34)

                                                                                      磁束シート上のプラズマ

                                                                                      シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                      磁束シートの浮上

                                                                                      磁束シートが平らになる

                                                                                      減速

                                                                                      117

                                                                                      光球付近における減速

                                                                                      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                      磁場

                                                                                      密度差

                                                                                      磁場

                                                                                      密度差密度差

                                                                                      磁場

                                                                                      118

                                                                                      5 パラメータ研究

                                                                                      119

                                                                                      パラメータ研究 (111)

                                                                                      磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                      総磁束量 Φ

                                                                                      を変えた計算を行った

                                                                                      総磁束量 Φ

                                                                                      磁場強度 BX

                                                                                      120

                                                                                      パラメータ研究 (211)

                                                                                      2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                      点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                      121

                                                                                      パラメータ研究 (311)

                                                                                      減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                      122

                                                                                      パラメータ研究 (511)

                                                                                      2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                      123

                                                                                      パラメータ研究 (611)

                                                                                      2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                      124

                                                                                      パラメータ研究 (711)

                                                                                      times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                      125

                                                                                      パラメータ研究 (811)

                                                                                      密度磁力線速度場126

                                                                                      パラメータ研究 (911)

                                                                                      対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                      EmagEkin lt 1

                                                                                      127

                                                                                      パラメータ研究 (1011)

                                                                                      times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                      軸方向計算のまとめ

                                                                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                      減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                      129

                                                                                      断面方向計算のまとめ

                                                                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                      減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                      130

                                                                                      Resistive Emergence Model

                                                                                      Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                      observations Isobe et al (2007)

                                                                                      2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                      3D simulations131

                                                                                      Preceding Studies(13)

                                                                                      Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                      force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                      that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                      132

                                                                                      Preceding Studies(23)

                                                                                      Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                      persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                      133

                                                                                      Preceding Studies(33)

                                                                                      Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                      gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                      Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                      zzz pF BJg

                                                                                      134

                                                                                      Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                      135

                                                                                      Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                      Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                      magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                       rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                       rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                       rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                      Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                      136

                                                                                      3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                      137

                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                      Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                      138

                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                      Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                      twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                      139

                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                      Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                      emerged

                                                                                      q large direct emergence without a tongue

                                                                                      q small two-step emergence with a tongue

                                                                                      140

                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                      Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                      141

                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                      Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                      Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                      142

                                                                                      Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                      Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                      Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                      Radius Rtube 5 25

                                                                                      Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                                                      Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                      Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                      Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                      Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                      plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                      at the tube top Strong tubehellip

                                                                                      143

                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                      Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                      on the initial twist q

                                                                                      q large direct emergence

                                                                                        Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                        Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                      144

                                                                                      dVB

                                                                                      E corona

                                                                                      2

                                                                                      mag 8

                                                                                      Setup and Results

                                                                                      Conditions

                                                                                      q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                      145

                                                                                      Our case Murray et al (2006)

                                                                                      Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                      Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                      Radius Rtube 25 25

                                                                                      Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                                                      Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                      Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                      Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                      セットアップと計算結果

                                                                                      結果 (x=0)

                                                                                      146

                                                                                      セットアップと計算結果

                                                                                      結果 (y=0)

                                                                                      147

                                                                                      • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                      • 内容
                                                                                      • 内容 (2)
                                                                                      • 太陽活動と磁場
                                                                                      • 活動領域と浮上磁場
                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                      • 先行研究の概観
                                                                                      • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                      • 本研究の目的
                                                                                      • 内容 (3)
                                                                                      • 2次元計算2つのモード
                                                                                      • 内容 (4)
                                                                                      • 2次元軸方向計算
                                                                                      • Slide 16
                                                                                      • 光球付近における減速
                                                                                      • パラメータ研究
                                                                                      • 内容 (5)
                                                                                      • 25次元断面方向計算
                                                                                      • Slide 21
                                                                                      • パラメータ研究 (2)
                                                                                      • 2次元計算のまとめ
                                                                                      • 内容 (6)
                                                                                      • 3次元浮上磁場計算
                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                      • 内容 (7)
                                                                                      • まとめ
                                                                                      • 今後の課題
                                                                                      • Fin
                                                                                      • 1 Introduction
                                                                                      • 2 Previous 2D Works
                                                                                      • 3 3D Calculation
                                                                                      • 4 Summary and Future Works
                                                                                      • 4 What to Study in HAO
                                                                                      • What to Study in HAO
                                                                                      • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                      • Parameter Study
                                                                                      • Parameter Study (2)
                                                                                      • Parameter Study (3)
                                                                                      • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                      • Parameter Study (4)
                                                                                      • Parameter Survey
                                                                                      • Parameter Survey (2)
                                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                      • Parameter Survey (3)
                                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                      • Parameter Study (5)
                                                                                      • Parameter Study (6)
                                                                                      • Parameter Study typical case
                                                                                      • Slide 59
                                                                                      • Parameter Study BX strong
                                                                                      • Slide 61
                                                                                      • Parameter Study BX weak
                                                                                      • Slide 63
                                                                                      • Parameter Study (7)
                                                                                      • Parameter Study q weak
                                                                                      • Slide 66
                                                                                      • 3-1 Setup and Results
                                                                                      • Setup
                                                                                      • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                      • Appendix
                                                                                      • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                      • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                      • 2-1 2D calculations
                                                                                      • Slide 74
                                                                                      • Deceleration near the Surface
                                                                                      • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                      • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                      • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                      • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                      • Summary of 3D Work
                                                                                      • Observation
                                                                                      • Results qH0=005 (failed)
                                                                                      • Results
                                                                                      • Results (2)
                                                                                      • Results (3)
                                                                                      • Results (4)
                                                                                      • Results (5)
                                                                                      • Large-scale 3D calculation
                                                                                      • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                      • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                      • Observation (2)
                                                                                      • イントロダクション
                                                                                      • 数値モデル
                                                                                      • 議論とまとめ
                                                                                      • 議論とまとめ (2)
                                                                                      • 太陽と磁場
                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                      • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                      • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                      • 対流層内部における近似計算
                                                                                      • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                      • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                      • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                      • 光球付近での減速機構
                                                                                      • 本研究の目的 (12)
                                                                                      • 本研究の目的 (22)
                                                                                      • 本研究の目的 (4)
                                                                                      • 数値モデル (2)
                                                                                      • 数値モデル (22)
                                                                                      • 数値モデル (23)
                                                                                      • 数値モデル (24)
                                                                                      • 数値モデル (14)
                                                                                      • 減速の物理 (34)
                                                                                      • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                      • 光球付近における減速 (2)
                                                                                      • 5 パラメータ研究
                                                                                      • パラメータ研究 (111)
                                                                                      • パラメータ研究 (211)
                                                                                      • パラメータ研究 (311)
                                                                                      • パラメータ研究 (511)
                                                                                      • パラメータ研究 (611)
                                                                                      • パラメータ研究 (711)
                                                                                      • パラメータ研究 (811)
                                                                                      • パラメータ研究 (911)
                                                                                      • パラメータ研究 (1011)
                                                                                      • 軸方向計算のまとめ
                                                                                      • 断面方向計算のまとめ
                                                                                      • Resistive Emergence Model
                                                                                      • Preceding Studies(13)
                                                                                      • Preceding Studies(23)
                                                                                      • Preceding Studies(33)
                                                                                      • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                      • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                      • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                      • Setup and Results
                                                                                      • セットアップと計算結果
                                                                                      • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                        What to Study in HAO

                                                                                        Emergence from -20000 km Experiment in 3D Preferable conditions have been obtained in 2D parameter studies It takes huge numerical resources (eg N~106 rarr 109)

                                                                                        Weakly twisted tube Can the tube with qH0lt01 emerge Field strength Tube radius

                                                                                        Others Interaction between emerging flux and the convection

                                                                                        44

                                                                                        2-4 2D Parameter Study

                                                                                        45

                                                                                        Parameter Study

                                                                                        Varying

                                                                                        Field strength BX

                                                                                        Total flux Φ

                                                                                        to study the condition of the flux emergence

                                                                                        Total flux Φ

                                                                                        Field strength BX

                                                                                        46

                                                                                        Parameter Study

                                                                                        two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                                                                        dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                        47

                                                                                        Parameter Study

                                                                                        Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                                                                        48

                                                                                        Parameter Study BX-Φ too strong

                                                                                        49

                                                                                        Density field lines and velocity vectors

                                                                                        Parameter Study

                                                                                        Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                                                                        50

                                                                                        Parameter Survey

                                                                                        Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                                                                        51

                                                                                        Parameter Survey

                                                                                        times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                                                        52

                                                                                        Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                        53

                                                                                        Density field lines and velocity vectors

                                                                                        Parameter Survey

                                                                                        times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                                                        54

                                                                                        Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                        55

                                                                                        Density field lines and velocity vectors

                                                                                        Parameter Study

                                                                                        Varying

                                                                                        Field strength BX

                                                                                        Initial twist q

                                                                                        to study the condition of the flux emergence

                                                                                        Initial twist q

                                                                                        Field strength BX

                                                                                        56

                                                                                        Parameter Study

                                                                                        Varying axial field strength BX

                                                                                        57

                                                                                        Parameter Study typical case

                                                                                        Varying axial field strength BX

                                                                                        58

                                                                                        59

                                                                                        Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                        Parameter Study typical case

                                                                                        Parameter Study BX strong

                                                                                        Varying axial field strength BX

                                                                                        60

                                                                                        61

                                                                                        Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                        Parameter Study BX strong

                                                                                        Parameter Study BX weak

                                                                                        Varying axial field strength BX

                                                                                        62

                                                                                        63

                                                                                        Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                        Parameter Study BX weak

                                                                                        Parameter Study

                                                                                        Varying initial twist q

                                                                                        64

                                                                                        Parameter Study q weak

                                                                                        Varying initial twist q

                                                                                        65

                                                                                        66

                                                                                        Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                        Parameter Study q weak

                                                                                        3-1 Setup and Results

                                                                                        67

                                                                                        Setup

                                                                                        Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                        qH0=01 case rarr

                                                                                        68

                                                                                        rqrBrB x

                                                                                        2

                                                                                        tube

                                                                                        2

                                                                                        tube expR

                                                                                        rBrBx

                                                                                        3-2 Summary of 3D Work

                                                                                        69

                                                                                        Appendix

                                                                                        70

                                                                                        Active Regions and Emerging Flux

                                                                                        71

                                                                                        North Pole

                                                                                        Equator

                                                                                        Convection Zone

                                                                                        Radiative Zone

                                                                                        Core

                                                                                        Zwaan (1985)

                                                                                        Active Regions and Emerging Flux

                                                                                        Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                        (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                        72

                                                                                        North Pole

                                                                                        Equator

                                                                                        Convection Zone

                                                                                        Radiative Zone

                                                                                        Core

                                                                                        2-1 2D calculations

                                                                                        73

                                                                                        Apex of the Emerging Loop

                                                                                        Height Zapex

                                                                                        Rise Velocity VZapex

                                                                                        Surfacerarr

                                                                                        74

                                                                                        -20000 kmrarr

                                                                                        Axial Calculation Results

                                                                                        Magneticflux

                                                                                        Accumulateddensity

                                                                                        Magneticflux

                                                                                        Accumulateddensity

                                                                                        Accumulateddensity

                                                                                        Magneticflux

                                                                                        Deceleration near the Surface

                                                                                        Accumulated density

                                                                                        75

                                                                                        0 t

                                                                                        2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                        76

                                                                                        2-3 Summary of 2D Works

                                                                                        77

                                                                                        2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                        78

                                                                                        Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                        79

                                                                                        Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                        80

                                                                                        Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                        81

                                                                                        Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                        Logarithmic density

                                                                                        Summary of 3D Work

                                                                                        Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                        Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                        82

                                                                                        Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                        decelerates and

                                                                                        expands horizontally

                                                                                        Otsuji et al (2010)83

                                                                                        Observation

                                                                                        Results qH0=005 (failed)

                                                                                        84

                                                                                        Results

                                                                                        Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                        85

                                                                                        q large

                                                                                        q small

                                                                                        Results

                                                                                        Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                        86

                                                                                        Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                        Results

                                                                                        Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                        87

                                                                                        Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                        Results

                                                                                        Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                        q large obeys the initial

                                                                                        q2 law because the tube

                                                                                        keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                        because it takes more time

                                                                                        to emerge to the corona

                                                                                        and Emag is stored in the

                                                                                        photospheric tongue 88

                                                                                        dVB

                                                                                        Ez

                                                                                        0

                                                                                        2

                                                                                        mag 8

                                                                                        Results

                                                                                        Cross-section when

                                                                                        the apex reaches zH0=40

                                                                                        89

                                                                                        Large-scale 3D calculation

                                                                                        Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                        90

                                                                                        Large-scale 3D calculation

                                                                                        Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                        91

                                                                                        Large-scale 3D calculation

                                                                                        Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                        92

                                                                                        Observation

                                                                                        Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                        decelerates and

                                                                                        expands horizontally

                                                                                        Otsuji et al (2010)93

                                                                                        イントロダクション

                                                                                        ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                        考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                        (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                        94

                                                                                        数値モデル

                                                                                        初期磁束管 exp型分布

                                                                                        ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                        磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                        磁束管の内部圧力を

                                                                                          と表すこのとき force balance

                                                                                         が保たれるよう

                                                                                         とする

                                                                                        rqrBrB x

                                                                                        2

                                                                                        tube

                                                                                        2

                                                                                        tube expR

                                                                                        rBrBx

                                                                                        r

                                                                                        BBB

                                                                                        dr

                                                                                        d

                                                                                        dr

                                                                                        dp x

                                                                                        48

                                                                                        222

                                                                                        exc

                                                                                        222

                                                                                        tube2exc 1

                                                                                        28

                                                                                        1xBr

                                                                                        Rqp

                                                                                        rpzpzyp excsi

                                                                                        B

                                                                                        x

                                                                                        r

                                                                                        B

                                                                                        BX

                                                                                        2πr

                                                                                        95

                                                                                        議論とまとめ

                                                                                        結果の比較

                                                                                        物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                        初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                        総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                        初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                        磁束管の半径 1000 km

                                                                                        初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                        1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                        減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                        96

                                                                                        断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                        議論とまとめ

                                                                                        3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                        軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                        総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                        考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                        倍 )

                                                                                        将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                        97

                                                                                        1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                        太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                        太陽と磁場

                                                                                        Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                        98

                                                                                        活動領域と浮上磁場

                                                                                        活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                        磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                        太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                        Zwaan (1985)

                                                                                        Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                        99

                                                                                        磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                        磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                        る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                        Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                        内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                        外圧 Pe

                                                                                        ggf ieb )(

                                                                                        100

                                                                                        活動領域と浮上磁場

                                                                                        AR 10926

                                                                                        101

                                                                                        磁束浮上シミュレーション

                                                                                        磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                        102

                                                                                        対流層内部における近似計算

                                                                                        ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                        た 細管近似

                                                                                        対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                        物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                        Caligari et al (1995)

                                                                                        103

                                                                                        対流層内部における近似計算

                                                                                        非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                        大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                        中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                        Fan (2001a)104

                                                                                        対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                        しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                        細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                        したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                        105

                                                                                        浮上磁場シミュレーション

                                                                                        光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                        的にコロナへ浮上

                                                                                        対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                        Shibata et al (1989) 106

                                                                                        光球付近での減速機構

                                                                                        光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                        Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                        Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                        Magara (2001)

                                                                                        107

                                                                                        本研究の目的 (12)

                                                                                        上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                        しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                        対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                        しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                        したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                        108

                                                                                        本研究の目的 (22)

                                                                                        そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                        対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                        典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                        典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                        本研究の目的

                                                                                        減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                        2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                        典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                        典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                        数値モデル

                                                                                        初期条件

                                                                                        xH-400 0 400

                                                                                        zH

                                                                                        200

                                                                                        100

                                                                                        -200

                                                                                        -100

                                                                                        NX timesNZ

                                                                                        =1536times1920

                                                                                        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                        磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                        磁束の深さ -20000 km

                                                                                        光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                        111

                                                                                        LX = 16 万 km

                                                                                        LZ = 8 万 km

                                                                                        数値モデル (22)

                                                                                        対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                        無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                        速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                        時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                        密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                        圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                        温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                        磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                        数値モデル (23)

                                                                                        初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                        磁場BX

                                                                                        密度ρ

                                                                                        圧力 p

                                                                                        温度 T

                                                                                        対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                        113

                                                                                        数値モデル (24)

                                                                                        境界条件

                                                                                        -400 0 400

                                                                                        200

                                                                                        100

                                                                                        -200

                                                                                        -100

                                                                                        周期境界 対称境界

                                                                                        減衰領域

                                                                                        x H0

                                                                                        z H0

                                                                                        114

                                                                                        数値モデル (14)

                                                                                        初期条件

                                                                                        x H0

                                                                                        -400 0 400

                                                                                        z H0

                                                                                        200

                                                                                        100

                                                                                        -200

                                                                                        -100

                                                                                        NZ=1920

                                                                                        NX=1536

                                                                                        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                        width D

                                                                                        z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                        115

                                                                                        減速の物理 (34)

                                                                                        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                        116

                                                                                        減速の物理 (34)

                                                                                        磁束シート上のプラズマ

                                                                                        シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                        磁束シートの浮上

                                                                                        磁束シートが平らになる

                                                                                        減速

                                                                                        117

                                                                                        光球付近における減速

                                                                                        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                        磁場

                                                                                        密度差

                                                                                        磁場

                                                                                        密度差密度差

                                                                                        磁場

                                                                                        118

                                                                                        5 パラメータ研究

                                                                                        119

                                                                                        パラメータ研究 (111)

                                                                                        磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                        総磁束量 Φ

                                                                                        を変えた計算を行った

                                                                                        総磁束量 Φ

                                                                                        磁場強度 BX

                                                                                        120

                                                                                        パラメータ研究 (211)

                                                                                        2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                        点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                        121

                                                                                        パラメータ研究 (311)

                                                                                        減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                        122

                                                                                        パラメータ研究 (511)

                                                                                        2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                        123

                                                                                        パラメータ研究 (611)

                                                                                        2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                        124

                                                                                        パラメータ研究 (711)

                                                                                        times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                        125

                                                                                        パラメータ研究 (811)

                                                                                        密度磁力線速度場126

                                                                                        パラメータ研究 (911)

                                                                                        対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                        EmagEkin lt 1

                                                                                        127

                                                                                        パラメータ研究 (1011)

                                                                                        times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                        軸方向計算のまとめ

                                                                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                        減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                        129

                                                                                        断面方向計算のまとめ

                                                                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                        減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                        130

                                                                                        Resistive Emergence Model

                                                                                        Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                        observations Isobe et al (2007)

                                                                                        2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                        3D simulations131

                                                                                        Preceding Studies(13)

                                                                                        Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                        force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                        that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                        132

                                                                                        Preceding Studies(23)

                                                                                        Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                        persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                        133

                                                                                        Preceding Studies(33)

                                                                                        Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                        gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                        Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                        zzz pF BJg

                                                                                        134

                                                                                        Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                        135

                                                                                        Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                        Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                        magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                         rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                         rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                         rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                        Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                        136

                                                                                        3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                        137

                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                        Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                        138

                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                        Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                        twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                        139

                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                        Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                        emerged

                                                                                        q large direct emergence without a tongue

                                                                                        q small two-step emergence with a tongue

                                                                                        140

                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                        Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                        141

                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                        Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                        Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                        142

                                                                                        Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                        Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                        Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                        Radius Rtube 5 25

                                                                                        Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                                                        Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                        Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                        Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                        Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                        plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                        at the tube top Strong tubehellip

                                                                                        143

                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                        Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                        on the initial twist q

                                                                                        q large direct emergence

                                                                                          Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                          Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                        144

                                                                                        dVB

                                                                                        E corona

                                                                                        2

                                                                                        mag 8

                                                                                        Setup and Results

                                                                                        Conditions

                                                                                        q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                        145

                                                                                        Our case Murray et al (2006)

                                                                                        Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                        Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                        Radius Rtube 25 25

                                                                                        Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                                                        Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                        Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                        Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                        セットアップと計算結果

                                                                                        結果 (x=0)

                                                                                        146

                                                                                        セットアップと計算結果

                                                                                        結果 (y=0)

                                                                                        147

                                                                                        • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                        • 内容
                                                                                        • 内容 (2)
                                                                                        • 太陽活動と磁場
                                                                                        • 活動領域と浮上磁場
                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                        • 先行研究の概観
                                                                                        • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                        • 本研究の目的
                                                                                        • 内容 (3)
                                                                                        • 2次元計算2つのモード
                                                                                        • 内容 (4)
                                                                                        • 2次元軸方向計算
                                                                                        • Slide 16
                                                                                        • 光球付近における減速
                                                                                        • パラメータ研究
                                                                                        • 内容 (5)
                                                                                        • 25次元断面方向計算
                                                                                        • Slide 21
                                                                                        • パラメータ研究 (2)
                                                                                        • 2次元計算のまとめ
                                                                                        • 内容 (6)
                                                                                        • 3次元浮上磁場計算
                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                        • 内容 (7)
                                                                                        • まとめ
                                                                                        • 今後の課題
                                                                                        • Fin
                                                                                        • 1 Introduction
                                                                                        • 2 Previous 2D Works
                                                                                        • 3 3D Calculation
                                                                                        • 4 Summary and Future Works
                                                                                        • 4 What to Study in HAO
                                                                                        • What to Study in HAO
                                                                                        • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                        • Parameter Study
                                                                                        • Parameter Study (2)
                                                                                        • Parameter Study (3)
                                                                                        • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                        • Parameter Study (4)
                                                                                        • Parameter Survey
                                                                                        • Parameter Survey (2)
                                                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                        • Parameter Survey (3)
                                                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                        • Parameter Study (5)
                                                                                        • Parameter Study (6)
                                                                                        • Parameter Study typical case
                                                                                        • Slide 59
                                                                                        • Parameter Study BX strong
                                                                                        • Slide 61
                                                                                        • Parameter Study BX weak
                                                                                        • Slide 63
                                                                                        • Parameter Study (7)
                                                                                        • Parameter Study q weak
                                                                                        • Slide 66
                                                                                        • 3-1 Setup and Results
                                                                                        • Setup
                                                                                        • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                        • Appendix
                                                                                        • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                        • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                        • 2-1 2D calculations
                                                                                        • Slide 74
                                                                                        • Deceleration near the Surface
                                                                                        • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                        • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                        • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                        • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                        • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                        • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                        • Summary of 3D Work
                                                                                        • Observation
                                                                                        • Results qH0=005 (failed)
                                                                                        • Results
                                                                                        • Results (2)
                                                                                        • Results (3)
                                                                                        • Results (4)
                                                                                        • Results (5)
                                                                                        • Large-scale 3D calculation
                                                                                        • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                        • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                        • Observation (2)
                                                                                        • イントロダクション
                                                                                        • 数値モデル
                                                                                        • 議論とまとめ
                                                                                        • 議論とまとめ (2)
                                                                                        • 太陽と磁場
                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                        • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                        • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                        • 対流層内部における近似計算
                                                                                        • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                        • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                        • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                        • 光球付近での減速機構
                                                                                        • 本研究の目的 (12)
                                                                                        • 本研究の目的 (22)
                                                                                        • 本研究の目的 (4)
                                                                                        • 数値モデル (2)
                                                                                        • 数値モデル (22)
                                                                                        • 数値モデル (23)
                                                                                        • 数値モデル (24)
                                                                                        • 数値モデル (14)
                                                                                        • 減速の物理 (34)
                                                                                        • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                        • 光球付近における減速 (2)
                                                                                        • 5 パラメータ研究
                                                                                        • パラメータ研究 (111)
                                                                                        • パラメータ研究 (211)
                                                                                        • パラメータ研究 (311)
                                                                                        • パラメータ研究 (511)
                                                                                        • パラメータ研究 (611)
                                                                                        • パラメータ研究 (711)
                                                                                        • パラメータ研究 (811)
                                                                                        • パラメータ研究 (911)
                                                                                        • パラメータ研究 (1011)
                                                                                        • 軸方向計算のまとめ
                                                                                        • 断面方向計算のまとめ
                                                                                        • Resistive Emergence Model
                                                                                        • Preceding Studies(13)
                                                                                        • Preceding Studies(23)
                                                                                        • Preceding Studies(33)
                                                                                        • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                        • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                        • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                        • Setup and Results
                                                                                        • セットアップと計算結果
                                                                                        • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                          2-4 2D Parameter Study

                                                                                          45

                                                                                          Parameter Study

                                                                                          Varying

                                                                                          Field strength BX

                                                                                          Total flux Φ

                                                                                          to study the condition of the flux emergence

                                                                                          Total flux Φ

                                                                                          Field strength BX

                                                                                          46

                                                                                          Parameter Study

                                                                                          two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                                                                          dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                          47

                                                                                          Parameter Study

                                                                                          Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                                                                          48

                                                                                          Parameter Study BX-Φ too strong

                                                                                          49

                                                                                          Density field lines and velocity vectors

                                                                                          Parameter Study

                                                                                          Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                                                                          50

                                                                                          Parameter Survey

                                                                                          Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                                                                          51

                                                                                          Parameter Survey

                                                                                          times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                                                          52

                                                                                          Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                          53

                                                                                          Density field lines and velocity vectors

                                                                                          Parameter Survey

                                                                                          times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                                                          54

                                                                                          Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                          55

                                                                                          Density field lines and velocity vectors

                                                                                          Parameter Study

                                                                                          Varying

                                                                                          Field strength BX

                                                                                          Initial twist q

                                                                                          to study the condition of the flux emergence

                                                                                          Initial twist q

                                                                                          Field strength BX

                                                                                          56

                                                                                          Parameter Study

                                                                                          Varying axial field strength BX

                                                                                          57

                                                                                          Parameter Study typical case

                                                                                          Varying axial field strength BX

                                                                                          58

                                                                                          59

                                                                                          Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                          Parameter Study typical case

                                                                                          Parameter Study BX strong

                                                                                          Varying axial field strength BX

                                                                                          60

                                                                                          61

                                                                                          Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                          Parameter Study BX strong

                                                                                          Parameter Study BX weak

                                                                                          Varying axial field strength BX

                                                                                          62

                                                                                          63

                                                                                          Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                          Parameter Study BX weak

                                                                                          Parameter Study

                                                                                          Varying initial twist q

                                                                                          64

                                                                                          Parameter Study q weak

                                                                                          Varying initial twist q

                                                                                          65

                                                                                          66

                                                                                          Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                          Parameter Study q weak

                                                                                          3-1 Setup and Results

                                                                                          67

                                                                                          Setup

                                                                                          Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                          qH0=01 case rarr

                                                                                          68

                                                                                          rqrBrB x

                                                                                          2

                                                                                          tube

                                                                                          2

                                                                                          tube expR

                                                                                          rBrBx

                                                                                          3-2 Summary of 3D Work

                                                                                          69

                                                                                          Appendix

                                                                                          70

                                                                                          Active Regions and Emerging Flux

                                                                                          71

                                                                                          North Pole

                                                                                          Equator

                                                                                          Convection Zone

                                                                                          Radiative Zone

                                                                                          Core

                                                                                          Zwaan (1985)

                                                                                          Active Regions and Emerging Flux

                                                                                          Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                          (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                          72

                                                                                          North Pole

                                                                                          Equator

                                                                                          Convection Zone

                                                                                          Radiative Zone

                                                                                          Core

                                                                                          2-1 2D calculations

                                                                                          73

                                                                                          Apex of the Emerging Loop

                                                                                          Height Zapex

                                                                                          Rise Velocity VZapex

                                                                                          Surfacerarr

                                                                                          74

                                                                                          -20000 kmrarr

                                                                                          Axial Calculation Results

                                                                                          Magneticflux

                                                                                          Accumulateddensity

                                                                                          Magneticflux

                                                                                          Accumulateddensity

                                                                                          Accumulateddensity

                                                                                          Magneticflux

                                                                                          Deceleration near the Surface

                                                                                          Accumulated density

                                                                                          75

                                                                                          0 t

                                                                                          2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                          76

                                                                                          2-3 Summary of 2D Works

                                                                                          77

                                                                                          2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                          78

                                                                                          Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                          79

                                                                                          Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                          80

                                                                                          Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                          81

                                                                                          Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                          Logarithmic density

                                                                                          Summary of 3D Work

                                                                                          Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                          Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                          82

                                                                                          Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                          decelerates and

                                                                                          expands horizontally

                                                                                          Otsuji et al (2010)83

                                                                                          Observation

                                                                                          Results qH0=005 (failed)

                                                                                          84

                                                                                          Results

                                                                                          Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                          85

                                                                                          q large

                                                                                          q small

                                                                                          Results

                                                                                          Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                          86

                                                                                          Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                          Results

                                                                                          Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                          87

                                                                                          Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                          Results

                                                                                          Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                          q large obeys the initial

                                                                                          q2 law because the tube

                                                                                          keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                          because it takes more time

                                                                                          to emerge to the corona

                                                                                          and Emag is stored in the

                                                                                          photospheric tongue 88

                                                                                          dVB

                                                                                          Ez

                                                                                          0

                                                                                          2

                                                                                          mag 8

                                                                                          Results

                                                                                          Cross-section when

                                                                                          the apex reaches zH0=40

                                                                                          89

                                                                                          Large-scale 3D calculation

                                                                                          Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                          90

                                                                                          Large-scale 3D calculation

                                                                                          Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                          91

                                                                                          Large-scale 3D calculation

                                                                                          Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                          92

                                                                                          Observation

                                                                                          Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                          decelerates and

                                                                                          expands horizontally

                                                                                          Otsuji et al (2010)93

                                                                                          イントロダクション

                                                                                          ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                          考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                          (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                          94

                                                                                          数値モデル

                                                                                          初期磁束管 exp型分布

                                                                                          ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                          磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                          磁束管の内部圧力を

                                                                                            と表すこのとき force balance

                                                                                           が保たれるよう

                                                                                           とする

                                                                                          rqrBrB x

                                                                                          2

                                                                                          tube

                                                                                          2

                                                                                          tube expR

                                                                                          rBrBx

                                                                                          r

                                                                                          BBB

                                                                                          dr

                                                                                          d

                                                                                          dr

                                                                                          dp x

                                                                                          48

                                                                                          222

                                                                                          exc

                                                                                          222

                                                                                          tube2exc 1

                                                                                          28

                                                                                          1xBr

                                                                                          Rqp

                                                                                          rpzpzyp excsi

                                                                                          B

                                                                                          x

                                                                                          r

                                                                                          B

                                                                                          BX

                                                                                          2πr

                                                                                          95

                                                                                          議論とまとめ

                                                                                          結果の比較

                                                                                          物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                          初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                          総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                          初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                          磁束管の半径 1000 km

                                                                                          初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                          1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                          減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                          96

                                                                                          断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                          議論とまとめ

                                                                                          3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                          軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                          総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                          考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                          倍 )

                                                                                          将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                          97

                                                                                          1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                          太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                          太陽と磁場

                                                                                          Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                          98

                                                                                          活動領域と浮上磁場

                                                                                          活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                          磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                          太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                          Zwaan (1985)

                                                                                          Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                          99

                                                                                          磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                          磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                          る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                          Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                          内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                          外圧 Pe

                                                                                          ggf ieb )(

                                                                                          100

                                                                                          活動領域と浮上磁場

                                                                                          AR 10926

                                                                                          101

                                                                                          磁束浮上シミュレーション

                                                                                          磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                          102

                                                                                          対流層内部における近似計算

                                                                                          ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                          た 細管近似

                                                                                          対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                          物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                          Caligari et al (1995)

                                                                                          103

                                                                                          対流層内部における近似計算

                                                                                          非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                          大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                          中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                          Fan (2001a)104

                                                                                          対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                          しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                          細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                          したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                          105

                                                                                          浮上磁場シミュレーション

                                                                                          光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                          的にコロナへ浮上

                                                                                          対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                          Shibata et al (1989) 106

                                                                                          光球付近での減速機構

                                                                                          光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                          Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                          Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                          Magara (2001)

                                                                                          107

                                                                                          本研究の目的 (12)

                                                                                          上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                          しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                          対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                          しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                          したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                          108

                                                                                          本研究の目的 (22)

                                                                                          そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                          対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                          典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                          典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                          本研究の目的

                                                                                          減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                          2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                          典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                          典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                          数値モデル

                                                                                          初期条件

                                                                                          xH-400 0 400

                                                                                          zH

                                                                                          200

                                                                                          100

                                                                                          -200

                                                                                          -100

                                                                                          NX timesNZ

                                                                                          =1536times1920

                                                                                          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                          磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                          磁束の深さ -20000 km

                                                                                          光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                          111

                                                                                          LX = 16 万 km

                                                                                          LZ = 8 万 km

                                                                                          数値モデル (22)

                                                                                          対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                          無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                          速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                          時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                          密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                          圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                          温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                          磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                          数値モデル (23)

                                                                                          初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                          磁場BX

                                                                                          密度ρ

                                                                                          圧力 p

                                                                                          温度 T

                                                                                          対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                          113

                                                                                          数値モデル (24)

                                                                                          境界条件

                                                                                          -400 0 400

                                                                                          200

                                                                                          100

                                                                                          -200

                                                                                          -100

                                                                                          周期境界 対称境界

                                                                                          減衰領域

                                                                                          x H0

                                                                                          z H0

                                                                                          114

                                                                                          数値モデル (14)

                                                                                          初期条件

                                                                                          x H0

                                                                                          -400 0 400

                                                                                          z H0

                                                                                          200

                                                                                          100

                                                                                          -200

                                                                                          -100

                                                                                          NZ=1920

                                                                                          NX=1536

                                                                                          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                          width D

                                                                                          z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                          115

                                                                                          減速の物理 (34)

                                                                                          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                          116

                                                                                          減速の物理 (34)

                                                                                          磁束シート上のプラズマ

                                                                                          シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                          磁束シートの浮上

                                                                                          磁束シートが平らになる

                                                                                          減速

                                                                                          117

                                                                                          光球付近における減速

                                                                                          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                          磁場

                                                                                          密度差

                                                                                          磁場

                                                                                          密度差密度差

                                                                                          磁場

                                                                                          118

                                                                                          5 パラメータ研究

                                                                                          119

                                                                                          パラメータ研究 (111)

                                                                                          磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                          総磁束量 Φ

                                                                                          を変えた計算を行った

                                                                                          総磁束量 Φ

                                                                                          磁場強度 BX

                                                                                          120

                                                                                          パラメータ研究 (211)

                                                                                          2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                          点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                          121

                                                                                          パラメータ研究 (311)

                                                                                          減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                          122

                                                                                          パラメータ研究 (511)

                                                                                          2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                          123

                                                                                          パラメータ研究 (611)

                                                                                          2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                          124

                                                                                          パラメータ研究 (711)

                                                                                          times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                          125

                                                                                          パラメータ研究 (811)

                                                                                          密度磁力線速度場126

                                                                                          パラメータ研究 (911)

                                                                                          対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                          EmagEkin lt 1

                                                                                          127

                                                                                          パラメータ研究 (1011)

                                                                                          times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                          軸方向計算のまとめ

                                                                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                          減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                          129

                                                                                          断面方向計算のまとめ

                                                                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                          減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                          130

                                                                                          Resistive Emergence Model

                                                                                          Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                          observations Isobe et al (2007)

                                                                                          2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                          3D simulations131

                                                                                          Preceding Studies(13)

                                                                                          Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                          force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                          that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                          132

                                                                                          Preceding Studies(23)

                                                                                          Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                          persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                          133

                                                                                          Preceding Studies(33)

                                                                                          Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                          gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                          Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                          zzz pF BJg

                                                                                          134

                                                                                          Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                          135

                                                                                          Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                          Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                          magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                           rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                           rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                           rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                          Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                          136

                                                                                          3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                          137

                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                          Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                          138

                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                          Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                          twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                          139

                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                          Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                          emerged

                                                                                          q large direct emergence without a tongue

                                                                                          q small two-step emergence with a tongue

                                                                                          140

                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                          Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                          141

                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                          Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                          Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                          142

                                                                                          Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                          Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                          Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                          Radius Rtube 5 25

                                                                                          Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                                                          Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                          Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                          Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                          Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                          plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                          at the tube top Strong tubehellip

                                                                                          143

                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                          Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                          on the initial twist q

                                                                                          q large direct emergence

                                                                                            Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                            Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                          144

                                                                                          dVB

                                                                                          E corona

                                                                                          2

                                                                                          mag 8

                                                                                          Setup and Results

                                                                                          Conditions

                                                                                          q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                          145

                                                                                          Our case Murray et al (2006)

                                                                                          Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                          Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                          Radius Rtube 25 25

                                                                                          Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                                                          Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                          Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                          Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                          セットアップと計算結果

                                                                                          結果 (x=0)

                                                                                          146

                                                                                          セットアップと計算結果

                                                                                          結果 (y=0)

                                                                                          147

                                                                                          • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                          • 内容
                                                                                          • 内容 (2)
                                                                                          • 太陽活動と磁場
                                                                                          • 活動領域と浮上磁場
                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                          • 先行研究の概観
                                                                                          • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                          • 本研究の目的
                                                                                          • 内容 (3)
                                                                                          • 2次元計算2つのモード
                                                                                          • 内容 (4)
                                                                                          • 2次元軸方向計算
                                                                                          • Slide 16
                                                                                          • 光球付近における減速
                                                                                          • パラメータ研究
                                                                                          • 内容 (5)
                                                                                          • 25次元断面方向計算
                                                                                          • Slide 21
                                                                                          • パラメータ研究 (2)
                                                                                          • 2次元計算のまとめ
                                                                                          • 内容 (6)
                                                                                          • 3次元浮上磁場計算
                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                          • 内容 (7)
                                                                                          • まとめ
                                                                                          • 今後の課題
                                                                                          • Fin
                                                                                          • 1 Introduction
                                                                                          • 2 Previous 2D Works
                                                                                          • 3 3D Calculation
                                                                                          • 4 Summary and Future Works
                                                                                          • 4 What to Study in HAO
                                                                                          • What to Study in HAO
                                                                                          • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                          • Parameter Study
                                                                                          • Parameter Study (2)
                                                                                          • Parameter Study (3)
                                                                                          • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                          • Parameter Study (4)
                                                                                          • Parameter Survey
                                                                                          • Parameter Survey (2)
                                                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                          • Parameter Survey (3)
                                                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                          • Parameter Study (5)
                                                                                          • Parameter Study (6)
                                                                                          • Parameter Study typical case
                                                                                          • Slide 59
                                                                                          • Parameter Study BX strong
                                                                                          • Slide 61
                                                                                          • Parameter Study BX weak
                                                                                          • Slide 63
                                                                                          • Parameter Study (7)
                                                                                          • Parameter Study q weak
                                                                                          • Slide 66
                                                                                          • 3-1 Setup and Results
                                                                                          • Setup
                                                                                          • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                          • Appendix
                                                                                          • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                          • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                          • 2-1 2D calculations
                                                                                          • Slide 74
                                                                                          • Deceleration near the Surface
                                                                                          • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                          • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                          • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                          • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                          • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                          • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                          • Summary of 3D Work
                                                                                          • Observation
                                                                                          • Results qH0=005 (failed)
                                                                                          • Results
                                                                                          • Results (2)
                                                                                          • Results (3)
                                                                                          • Results (4)
                                                                                          • Results (5)
                                                                                          • Large-scale 3D calculation
                                                                                          • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                          • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                          • Observation (2)
                                                                                          • イントロダクション
                                                                                          • 数値モデル
                                                                                          • 議論とまとめ
                                                                                          • 議論とまとめ (2)
                                                                                          • 太陽と磁場
                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                          • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                          • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                          • 対流層内部における近似計算
                                                                                          • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                          • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                          • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                          • 光球付近での減速機構
                                                                                          • 本研究の目的 (12)
                                                                                          • 本研究の目的 (22)
                                                                                          • 本研究の目的 (4)
                                                                                          • 数値モデル (2)
                                                                                          • 数値モデル (22)
                                                                                          • 数値モデル (23)
                                                                                          • 数値モデル (24)
                                                                                          • 数値モデル (14)
                                                                                          • 減速の物理 (34)
                                                                                          • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                          • 光球付近における減速 (2)
                                                                                          • 5 パラメータ研究
                                                                                          • パラメータ研究 (111)
                                                                                          • パラメータ研究 (211)
                                                                                          • パラメータ研究 (311)
                                                                                          • パラメータ研究 (511)
                                                                                          • パラメータ研究 (611)
                                                                                          • パラメータ研究 (711)
                                                                                          • パラメータ研究 (811)
                                                                                          • パラメータ研究 (911)
                                                                                          • パラメータ研究 (1011)
                                                                                          • 軸方向計算のまとめ
                                                                                          • 断面方向計算のまとめ
                                                                                          • Resistive Emergence Model
                                                                                          • Preceding Studies(13)
                                                                                          • Preceding Studies(23)
                                                                                          • Preceding Studies(33)
                                                                                          • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                          • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                          • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                          • Setup and Results
                                                                                          • セットアップと計算結果
                                                                                          • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                            Parameter Study

                                                                                            Varying

                                                                                            Field strength BX

                                                                                            Total flux Φ

                                                                                            to study the condition of the flux emergence

                                                                                            Total flux Φ

                                                                                            Field strength BX

                                                                                            46

                                                                                            Parameter Study

                                                                                            two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                                                                            dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                            47

                                                                                            Parameter Study

                                                                                            Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                                                                            48

                                                                                            Parameter Study BX-Φ too strong

                                                                                            49

                                                                                            Density field lines and velocity vectors

                                                                                            Parameter Study

                                                                                            Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                                                                            50

                                                                                            Parameter Survey

                                                                                            Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                                                                            51

                                                                                            Parameter Survey

                                                                                            times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                                                            52

                                                                                            Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                            53

                                                                                            Density field lines and velocity vectors

                                                                                            Parameter Survey

                                                                                            times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                                                            54

                                                                                            Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                            55

                                                                                            Density field lines and velocity vectors

                                                                                            Parameter Study

                                                                                            Varying

                                                                                            Field strength BX

                                                                                            Initial twist q

                                                                                            to study the condition of the flux emergence

                                                                                            Initial twist q

                                                                                            Field strength BX

                                                                                            56

                                                                                            Parameter Study

                                                                                            Varying axial field strength BX

                                                                                            57

                                                                                            Parameter Study typical case

                                                                                            Varying axial field strength BX

                                                                                            58

                                                                                            59

                                                                                            Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                            Parameter Study typical case

                                                                                            Parameter Study BX strong

                                                                                            Varying axial field strength BX

                                                                                            60

                                                                                            61

                                                                                            Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                            Parameter Study BX strong

                                                                                            Parameter Study BX weak

                                                                                            Varying axial field strength BX

                                                                                            62

                                                                                            63

                                                                                            Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                            Parameter Study BX weak

                                                                                            Parameter Study

                                                                                            Varying initial twist q

                                                                                            64

                                                                                            Parameter Study q weak

                                                                                            Varying initial twist q

                                                                                            65

                                                                                            66

                                                                                            Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                            Parameter Study q weak

                                                                                            3-1 Setup and Results

                                                                                            67

                                                                                            Setup

                                                                                            Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                            qH0=01 case rarr

                                                                                            68

                                                                                            rqrBrB x

                                                                                            2

                                                                                            tube

                                                                                            2

                                                                                            tube expR

                                                                                            rBrBx

                                                                                            3-2 Summary of 3D Work

                                                                                            69

                                                                                            Appendix

                                                                                            70

                                                                                            Active Regions and Emerging Flux

                                                                                            71

                                                                                            North Pole

                                                                                            Equator

                                                                                            Convection Zone

                                                                                            Radiative Zone

                                                                                            Core

                                                                                            Zwaan (1985)

                                                                                            Active Regions and Emerging Flux

                                                                                            Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                            (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                            72

                                                                                            North Pole

                                                                                            Equator

                                                                                            Convection Zone

                                                                                            Radiative Zone

                                                                                            Core

                                                                                            2-1 2D calculations

                                                                                            73

                                                                                            Apex of the Emerging Loop

                                                                                            Height Zapex

                                                                                            Rise Velocity VZapex

                                                                                            Surfacerarr

                                                                                            74

                                                                                            -20000 kmrarr

                                                                                            Axial Calculation Results

                                                                                            Magneticflux

                                                                                            Accumulateddensity

                                                                                            Magneticflux

                                                                                            Accumulateddensity

                                                                                            Accumulateddensity

                                                                                            Magneticflux

                                                                                            Deceleration near the Surface

                                                                                            Accumulated density

                                                                                            75

                                                                                            0 t

                                                                                            2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                            76

                                                                                            2-3 Summary of 2D Works

                                                                                            77

                                                                                            2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                            78

                                                                                            Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                            79

                                                                                            Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                            80

                                                                                            Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                            81

                                                                                            Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                            Logarithmic density

                                                                                            Summary of 3D Work

                                                                                            Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                            Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                            82

                                                                                            Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                            decelerates and

                                                                                            expands horizontally

                                                                                            Otsuji et al (2010)83

                                                                                            Observation

                                                                                            Results qH0=005 (failed)

                                                                                            84

                                                                                            Results

                                                                                            Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                            85

                                                                                            q large

                                                                                            q small

                                                                                            Results

                                                                                            Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                            86

                                                                                            Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                            Results

                                                                                            Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                            87

                                                                                            Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                            Results

                                                                                            Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                            q large obeys the initial

                                                                                            q2 law because the tube

                                                                                            keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                            because it takes more time

                                                                                            to emerge to the corona

                                                                                            and Emag is stored in the

                                                                                            photospheric tongue 88

                                                                                            dVB

                                                                                            Ez

                                                                                            0

                                                                                            2

                                                                                            mag 8

                                                                                            Results

                                                                                            Cross-section when

                                                                                            the apex reaches zH0=40

                                                                                            89

                                                                                            Large-scale 3D calculation

                                                                                            Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                            90

                                                                                            Large-scale 3D calculation

                                                                                            Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                            91

                                                                                            Large-scale 3D calculation

                                                                                            Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                            92

                                                                                            Observation

                                                                                            Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                            decelerates and

                                                                                            expands horizontally

                                                                                            Otsuji et al (2010)93

                                                                                            イントロダクション

                                                                                            ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                            考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                            (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                            94

                                                                                            数値モデル

                                                                                            初期磁束管 exp型分布

                                                                                            ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                            磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                            磁束管の内部圧力を

                                                                                              と表すこのとき force balance

                                                                                             が保たれるよう

                                                                                             とする

                                                                                            rqrBrB x

                                                                                            2

                                                                                            tube

                                                                                            2

                                                                                            tube expR

                                                                                            rBrBx

                                                                                            r

                                                                                            BBB

                                                                                            dr

                                                                                            d

                                                                                            dr

                                                                                            dp x

                                                                                            48

                                                                                            222

                                                                                            exc

                                                                                            222

                                                                                            tube2exc 1

                                                                                            28

                                                                                            1xBr

                                                                                            Rqp

                                                                                            rpzpzyp excsi

                                                                                            B

                                                                                            x

                                                                                            r

                                                                                            B

                                                                                            BX

                                                                                            2πr

                                                                                            95

                                                                                            議論とまとめ

                                                                                            結果の比較

                                                                                            物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                            初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                            総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                            初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                            磁束管の半径 1000 km

                                                                                            初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                            1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                            減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                            96

                                                                                            断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                            議論とまとめ

                                                                                            3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                            軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                            総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                            考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                            倍 )

                                                                                            将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                            97

                                                                                            1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                            太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                            太陽と磁場

                                                                                            Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                            98

                                                                                            活動領域と浮上磁場

                                                                                            活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                            磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                            太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                            Zwaan (1985)

                                                                                            Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                            99

                                                                                            磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                            磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                            る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                            Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                            内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                            外圧 Pe

                                                                                            ggf ieb )(

                                                                                            100

                                                                                            活動領域と浮上磁場

                                                                                            AR 10926

                                                                                            101

                                                                                            磁束浮上シミュレーション

                                                                                            磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                            102

                                                                                            対流層内部における近似計算

                                                                                            ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                            た 細管近似

                                                                                            対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                            物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                            Caligari et al (1995)

                                                                                            103

                                                                                            対流層内部における近似計算

                                                                                            非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                            大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                            中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                            Fan (2001a)104

                                                                                            対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                            しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                            細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                            したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                            105

                                                                                            浮上磁場シミュレーション

                                                                                            光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                            的にコロナへ浮上

                                                                                            対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                            Shibata et al (1989) 106

                                                                                            光球付近での減速機構

                                                                                            光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                            Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                            Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                            Magara (2001)

                                                                                            107

                                                                                            本研究の目的 (12)

                                                                                            上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                            しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                            対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                            しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                            したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                            108

                                                                                            本研究の目的 (22)

                                                                                            そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                            対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                            典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                            典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                            本研究の目的

                                                                                            減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                            2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                            典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                            典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                            数値モデル

                                                                                            初期条件

                                                                                            xH-400 0 400

                                                                                            zH

                                                                                            200

                                                                                            100

                                                                                            -200

                                                                                            -100

                                                                                            NX timesNZ

                                                                                            =1536times1920

                                                                                            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                            磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                            磁束の深さ -20000 km

                                                                                            光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                            111

                                                                                            LX = 16 万 km

                                                                                            LZ = 8 万 km

                                                                                            数値モデル (22)

                                                                                            対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                            無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                            速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                            時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                            密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                            圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                            温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                            磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                            数値モデル (23)

                                                                                            初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                            磁場BX

                                                                                            密度ρ

                                                                                            圧力 p

                                                                                            温度 T

                                                                                            対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                            113

                                                                                            数値モデル (24)

                                                                                            境界条件

                                                                                            -400 0 400

                                                                                            200

                                                                                            100

                                                                                            -200

                                                                                            -100

                                                                                            周期境界 対称境界

                                                                                            減衰領域

                                                                                            x H0

                                                                                            z H0

                                                                                            114

                                                                                            数値モデル (14)

                                                                                            初期条件

                                                                                            x H0

                                                                                            -400 0 400

                                                                                            z H0

                                                                                            200

                                                                                            100

                                                                                            -200

                                                                                            -100

                                                                                            NZ=1920

                                                                                            NX=1536

                                                                                            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                            width D

                                                                                            z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                            115

                                                                                            減速の物理 (34)

                                                                                            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                            116

                                                                                            減速の物理 (34)

                                                                                            磁束シート上のプラズマ

                                                                                            シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                            磁束シートの浮上

                                                                                            磁束シートが平らになる

                                                                                            減速

                                                                                            117

                                                                                            光球付近における減速

                                                                                            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                            磁場

                                                                                            密度差

                                                                                            磁場

                                                                                            密度差密度差

                                                                                            磁場

                                                                                            118

                                                                                            5 パラメータ研究

                                                                                            119

                                                                                            パラメータ研究 (111)

                                                                                            磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                            総磁束量 Φ

                                                                                            を変えた計算を行った

                                                                                            総磁束量 Φ

                                                                                            磁場強度 BX

                                                                                            120

                                                                                            パラメータ研究 (211)

                                                                                            2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                            点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                            121

                                                                                            パラメータ研究 (311)

                                                                                            減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                            122

                                                                                            パラメータ研究 (511)

                                                                                            2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                            123

                                                                                            パラメータ研究 (611)

                                                                                            2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                            124

                                                                                            パラメータ研究 (711)

                                                                                            times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                            125

                                                                                            パラメータ研究 (811)

                                                                                            密度磁力線速度場126

                                                                                            パラメータ研究 (911)

                                                                                            対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                            EmagEkin lt 1

                                                                                            127

                                                                                            パラメータ研究 (1011)

                                                                                            times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                            軸方向計算のまとめ

                                                                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                            減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                            129

                                                                                            断面方向計算のまとめ

                                                                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                            減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                            130

                                                                                            Resistive Emergence Model

                                                                                            Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                            observations Isobe et al (2007)

                                                                                            2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                            3D simulations131

                                                                                            Preceding Studies(13)

                                                                                            Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                            force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                            that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                            132

                                                                                            Preceding Studies(23)

                                                                                            Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                            persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                            133

                                                                                            Preceding Studies(33)

                                                                                            Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                            gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                            Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                            zzz pF BJg

                                                                                            134

                                                                                            Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                            135

                                                                                            Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                            Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                            magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                             rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                             rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                             rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                            Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                            136

                                                                                            3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                            137

                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                            Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                            138

                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                            Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                            twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                            139

                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                            Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                            emerged

                                                                                            q large direct emergence without a tongue

                                                                                            q small two-step emergence with a tongue

                                                                                            140

                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                            Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                            141

                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                            Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                            Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                            142

                                                                                            Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                            Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                            Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                            Radius Rtube 5 25

                                                                                            Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                                                            Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                            Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                            Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                            Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                            plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                            at the tube top Strong tubehellip

                                                                                            143

                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                            Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                            on the initial twist q

                                                                                            q large direct emergence

                                                                                              Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                              Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                            144

                                                                                            dVB

                                                                                            E corona

                                                                                            2

                                                                                            mag 8

                                                                                            Setup and Results

                                                                                            Conditions

                                                                                            q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                            145

                                                                                            Our case Murray et al (2006)

                                                                                            Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                            Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                            Radius Rtube 25 25

                                                                                            Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                                                            Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                            Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                            Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                            セットアップと計算結果

                                                                                            結果 (x=0)

                                                                                            146

                                                                                            セットアップと計算結果

                                                                                            結果 (y=0)

                                                                                            147

                                                                                            • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                            • 内容
                                                                                            • 内容 (2)
                                                                                            • 太陽活動と磁場
                                                                                            • 活動領域と浮上磁場
                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                            • 先行研究の概観
                                                                                            • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                            • 本研究の目的
                                                                                            • 内容 (3)
                                                                                            • 2次元計算2つのモード
                                                                                            • 内容 (4)
                                                                                            • 2次元軸方向計算
                                                                                            • Slide 16
                                                                                            • 光球付近における減速
                                                                                            • パラメータ研究
                                                                                            • 内容 (5)
                                                                                            • 25次元断面方向計算
                                                                                            • Slide 21
                                                                                            • パラメータ研究 (2)
                                                                                            • 2次元計算のまとめ
                                                                                            • 内容 (6)
                                                                                            • 3次元浮上磁場計算
                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                            • 内容 (7)
                                                                                            • まとめ
                                                                                            • 今後の課題
                                                                                            • Fin
                                                                                            • 1 Introduction
                                                                                            • 2 Previous 2D Works
                                                                                            • 3 3D Calculation
                                                                                            • 4 Summary and Future Works
                                                                                            • 4 What to Study in HAO
                                                                                            • What to Study in HAO
                                                                                            • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                            • Parameter Study
                                                                                            • Parameter Study (2)
                                                                                            • Parameter Study (3)
                                                                                            • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                            • Parameter Study (4)
                                                                                            • Parameter Survey
                                                                                            • Parameter Survey (2)
                                                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                            • Parameter Survey (3)
                                                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                            • Parameter Study (5)
                                                                                            • Parameter Study (6)
                                                                                            • Parameter Study typical case
                                                                                            • Slide 59
                                                                                            • Parameter Study BX strong
                                                                                            • Slide 61
                                                                                            • Parameter Study BX weak
                                                                                            • Slide 63
                                                                                            • Parameter Study (7)
                                                                                            • Parameter Study q weak
                                                                                            • Slide 66
                                                                                            • 3-1 Setup and Results
                                                                                            • Setup
                                                                                            • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                            • Appendix
                                                                                            • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                            • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                            • 2-1 2D calculations
                                                                                            • Slide 74
                                                                                            • Deceleration near the Surface
                                                                                            • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                            • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                            • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                            • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                            • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                            • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                            • Summary of 3D Work
                                                                                            • Observation
                                                                                            • Results qH0=005 (failed)
                                                                                            • Results
                                                                                            • Results (2)
                                                                                            • Results (3)
                                                                                            • Results (4)
                                                                                            • Results (5)
                                                                                            • Large-scale 3D calculation
                                                                                            • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                            • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                            • Observation (2)
                                                                                            • イントロダクション
                                                                                            • 数値モデル
                                                                                            • 議論とまとめ
                                                                                            • 議論とまとめ (2)
                                                                                            • 太陽と磁場
                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                            • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                            • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                            • 対流層内部における近似計算
                                                                                            • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                            • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                            • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                            • 光球付近での減速機構
                                                                                            • 本研究の目的 (12)
                                                                                            • 本研究の目的 (22)
                                                                                            • 本研究の目的 (4)
                                                                                            • 数値モデル (2)
                                                                                            • 数値モデル (22)
                                                                                            • 数値モデル (23)
                                                                                            • 数値モデル (24)
                                                                                            • 数値モデル (14)
                                                                                            • 減速の物理 (34)
                                                                                            • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                            • 光球付近における減速 (2)
                                                                                            • 5 パラメータ研究
                                                                                            • パラメータ研究 (111)
                                                                                            • パラメータ研究 (211)
                                                                                            • パラメータ研究 (311)
                                                                                            • パラメータ研究 (511)
                                                                                            • パラメータ研究 (611)
                                                                                            • パラメータ研究 (711)
                                                                                            • パラメータ研究 (811)
                                                                                            • パラメータ研究 (911)
                                                                                            • パラメータ研究 (1011)
                                                                                            • 軸方向計算のまとめ
                                                                                            • 断面方向計算のまとめ
                                                                                            • Resistive Emergence Model
                                                                                            • Preceding Studies(13)
                                                                                            • Preceding Studies(23)
                                                                                            • Preceding Studies(33)
                                                                                            • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                            • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                            • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                            • Setup and Results
                                                                                            • セットアップと計算結果
                                                                                            • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                              Parameter Study

                                                                                              two-step emergencetimes failed emergence direct emergence

                                                                                              dotted results by TFT model(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                              47

                                                                                              Parameter Study

                                                                                              Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                                                                              48

                                                                                              Parameter Study BX-Φ too strong

                                                                                              49

                                                                                              Density field lines and velocity vectors

                                                                                              Parameter Study

                                                                                              Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                                                                              50

                                                                                              Parameter Survey

                                                                                              Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                                                                              51

                                                                                              Parameter Survey

                                                                                              times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                                                              52

                                                                                              Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                              53

                                                                                              Density field lines and velocity vectors

                                                                                              Parameter Survey

                                                                                              times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                                                              54

                                                                                              Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                              55

                                                                                              Density field lines and velocity vectors

                                                                                              Parameter Study

                                                                                              Varying

                                                                                              Field strength BX

                                                                                              Initial twist q

                                                                                              to study the condition of the flux emergence

                                                                                              Initial twist q

                                                                                              Field strength BX

                                                                                              56

                                                                                              Parameter Study

                                                                                              Varying axial field strength BX

                                                                                              57

                                                                                              Parameter Study typical case

                                                                                              Varying axial field strength BX

                                                                                              58

                                                                                              59

                                                                                              Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                              Parameter Study typical case

                                                                                              Parameter Study BX strong

                                                                                              Varying axial field strength BX

                                                                                              60

                                                                                              61

                                                                                              Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                              Parameter Study BX strong

                                                                                              Parameter Study BX weak

                                                                                              Varying axial field strength BX

                                                                                              62

                                                                                              63

                                                                                              Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                              Parameter Study BX weak

                                                                                              Parameter Study

                                                                                              Varying initial twist q

                                                                                              64

                                                                                              Parameter Study q weak

                                                                                              Varying initial twist q

                                                                                              65

                                                                                              66

                                                                                              Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                              Parameter Study q weak

                                                                                              3-1 Setup and Results

                                                                                              67

                                                                                              Setup

                                                                                              Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                              qH0=01 case rarr

                                                                                              68

                                                                                              rqrBrB x

                                                                                              2

                                                                                              tube

                                                                                              2

                                                                                              tube expR

                                                                                              rBrBx

                                                                                              3-2 Summary of 3D Work

                                                                                              69

                                                                                              Appendix

                                                                                              70

                                                                                              Active Regions and Emerging Flux

                                                                                              71

                                                                                              North Pole

                                                                                              Equator

                                                                                              Convection Zone

                                                                                              Radiative Zone

                                                                                              Core

                                                                                              Zwaan (1985)

                                                                                              Active Regions and Emerging Flux

                                                                                              Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                              (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                              72

                                                                                              North Pole

                                                                                              Equator

                                                                                              Convection Zone

                                                                                              Radiative Zone

                                                                                              Core

                                                                                              2-1 2D calculations

                                                                                              73

                                                                                              Apex of the Emerging Loop

                                                                                              Height Zapex

                                                                                              Rise Velocity VZapex

                                                                                              Surfacerarr

                                                                                              74

                                                                                              -20000 kmrarr

                                                                                              Axial Calculation Results

                                                                                              Magneticflux

                                                                                              Accumulateddensity

                                                                                              Magneticflux

                                                                                              Accumulateddensity

                                                                                              Accumulateddensity

                                                                                              Magneticflux

                                                                                              Deceleration near the Surface

                                                                                              Accumulated density

                                                                                              75

                                                                                              0 t

                                                                                              2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                              76

                                                                                              2-3 Summary of 2D Works

                                                                                              77

                                                                                              2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                              78

                                                                                              Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                              79

                                                                                              Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                              80

                                                                                              Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                              81

                                                                                              Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                              Logarithmic density

                                                                                              Summary of 3D Work

                                                                                              Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                              Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                              82

                                                                                              Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                              decelerates and

                                                                                              expands horizontally

                                                                                              Otsuji et al (2010)83

                                                                                              Observation

                                                                                              Results qH0=005 (failed)

                                                                                              84

                                                                                              Results

                                                                                              Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                              85

                                                                                              q large

                                                                                              q small

                                                                                              Results

                                                                                              Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                              86

                                                                                              Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                              Results

                                                                                              Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                              87

                                                                                              Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                              Results

                                                                                              Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                              q large obeys the initial

                                                                                              q2 law because the tube

                                                                                              keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                              because it takes more time

                                                                                              to emerge to the corona

                                                                                              and Emag is stored in the

                                                                                              photospheric tongue 88

                                                                                              dVB

                                                                                              Ez

                                                                                              0

                                                                                              2

                                                                                              mag 8

                                                                                              Results

                                                                                              Cross-section when

                                                                                              the apex reaches zH0=40

                                                                                              89

                                                                                              Large-scale 3D calculation

                                                                                              Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                              90

                                                                                              Large-scale 3D calculation

                                                                                              Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                              91

                                                                                              Large-scale 3D calculation

                                                                                              Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                              92

                                                                                              Observation

                                                                                              Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                              decelerates and

                                                                                              expands horizontally

                                                                                              Otsuji et al (2010)93

                                                                                              イントロダクション

                                                                                              ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                              考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                              (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                              94

                                                                                              数値モデル

                                                                                              初期磁束管 exp型分布

                                                                                              ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                              磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                              磁束管の内部圧力を

                                                                                                と表すこのとき force balance

                                                                                               が保たれるよう

                                                                                               とする

                                                                                              rqrBrB x

                                                                                              2

                                                                                              tube

                                                                                              2

                                                                                              tube expR

                                                                                              rBrBx

                                                                                              r

                                                                                              BBB

                                                                                              dr

                                                                                              d

                                                                                              dr

                                                                                              dp x

                                                                                              48

                                                                                              222

                                                                                              exc

                                                                                              222

                                                                                              tube2exc 1

                                                                                              28

                                                                                              1xBr

                                                                                              Rqp

                                                                                              rpzpzyp excsi

                                                                                              B

                                                                                              x

                                                                                              r

                                                                                              B

                                                                                              BX

                                                                                              2πr

                                                                                              95

                                                                                              議論とまとめ

                                                                                              結果の比較

                                                                                              物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                              初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                              総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                              初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                              磁束管の半径 1000 km

                                                                                              初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                              1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                              減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                              96

                                                                                              断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                              議論とまとめ

                                                                                              3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                              軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                              総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                              考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                              倍 )

                                                                                              将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                              97

                                                                                              1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                              太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                              太陽と磁場

                                                                                              Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                              98

                                                                                              活動領域と浮上磁場

                                                                                              活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                              磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                              太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                              Zwaan (1985)

                                                                                              Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                              99

                                                                                              磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                              磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                              る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                              Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                              内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                              外圧 Pe

                                                                                              ggf ieb )(

                                                                                              100

                                                                                              活動領域と浮上磁場

                                                                                              AR 10926

                                                                                              101

                                                                                              磁束浮上シミュレーション

                                                                                              磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                              102

                                                                                              対流層内部における近似計算

                                                                                              ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                              た 細管近似

                                                                                              対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                              物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                              Caligari et al (1995)

                                                                                              103

                                                                                              対流層内部における近似計算

                                                                                              非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                              大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                              中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                              Fan (2001a)104

                                                                                              対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                              しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                              細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                              したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                              105

                                                                                              浮上磁場シミュレーション

                                                                                              光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                              的にコロナへ浮上

                                                                                              対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                              Shibata et al (1989) 106

                                                                                              光球付近での減速機構

                                                                                              光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                              Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                              Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                              Magara (2001)

                                                                                              107

                                                                                              本研究の目的 (12)

                                                                                              上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                              しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                              対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                              しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                              したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                              108

                                                                                              本研究の目的 (22)

                                                                                              そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                              対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                              典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                              典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                              本研究の目的

                                                                                              減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                              2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                              典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                              典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                              数値モデル

                                                                                              初期条件

                                                                                              xH-400 0 400

                                                                                              zH

                                                                                              200

                                                                                              100

                                                                                              -200

                                                                                              -100

                                                                                              NX timesNZ

                                                                                              =1536times1920

                                                                                              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                              磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                              磁束の深さ -20000 km

                                                                                              光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                              111

                                                                                              LX = 16 万 km

                                                                                              LZ = 8 万 km

                                                                                              数値モデル (22)

                                                                                              対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                              無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                              速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                              時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                              密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                              圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                              温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                              磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                              数値モデル (23)

                                                                                              初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                              磁場BX

                                                                                              密度ρ

                                                                                              圧力 p

                                                                                              温度 T

                                                                                              対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                              113

                                                                                              数値モデル (24)

                                                                                              境界条件

                                                                                              -400 0 400

                                                                                              200

                                                                                              100

                                                                                              -200

                                                                                              -100

                                                                                              周期境界 対称境界

                                                                                              減衰領域

                                                                                              x H0

                                                                                              z H0

                                                                                              114

                                                                                              数値モデル (14)

                                                                                              初期条件

                                                                                              x H0

                                                                                              -400 0 400

                                                                                              z H0

                                                                                              200

                                                                                              100

                                                                                              -200

                                                                                              -100

                                                                                              NZ=1920

                                                                                              NX=1536

                                                                                              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                              width D

                                                                                              z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                              115

                                                                                              減速の物理 (34)

                                                                                              磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                              116

                                                                                              減速の物理 (34)

                                                                                              磁束シート上のプラズマ

                                                                                              シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                              磁束シートの浮上

                                                                                              磁束シートが平らになる

                                                                                              減速

                                                                                              117

                                                                                              光球付近における減速

                                                                                              磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                              磁場

                                                                                              密度差

                                                                                              磁場

                                                                                              密度差密度差

                                                                                              磁場

                                                                                              118

                                                                                              5 パラメータ研究

                                                                                              119

                                                                                              パラメータ研究 (111)

                                                                                              磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                              総磁束量 Φ

                                                                                              を変えた計算を行った

                                                                                              総磁束量 Φ

                                                                                              磁場強度 BX

                                                                                              120

                                                                                              パラメータ研究 (211)

                                                                                              2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                              点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                              121

                                                                                              パラメータ研究 (311)

                                                                                              減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                              122

                                                                                              パラメータ研究 (511)

                                                                                              2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                              123

                                                                                              パラメータ研究 (611)

                                                                                              2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                              124

                                                                                              パラメータ研究 (711)

                                                                                              times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                              125

                                                                                              パラメータ研究 (811)

                                                                                              密度磁力線速度場126

                                                                                              パラメータ研究 (911)

                                                                                              対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                              EmagEkin lt 1

                                                                                              127

                                                                                              パラメータ研究 (1011)

                                                                                              times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                              軸方向計算のまとめ

                                                                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                              減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                              129

                                                                                              断面方向計算のまとめ

                                                                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                              減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                              130

                                                                                              Resistive Emergence Model

                                                                                              Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                              observations Isobe et al (2007)

                                                                                              2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                              3D simulations131

                                                                                              Preceding Studies(13)

                                                                                              Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                              force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                              that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                              132

                                                                                              Preceding Studies(23)

                                                                                              Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                              persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                              133

                                                                                              Preceding Studies(33)

                                                                                              Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                              gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                              Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                              zzz pF BJg

                                                                                              134

                                                                                              Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                              135

                                                                                              Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                              Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                              magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                               rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                               rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                               rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                              Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                              136

                                                                                              3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                              137

                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                              Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                              138

                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                              Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                              twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                              139

                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                              Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                              emerged

                                                                                              q large direct emergence without a tongue

                                                                                              q small two-step emergence with a tongue

                                                                                              140

                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                              Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                              141

                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                              Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                              Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                              142

                                                                                              Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                              Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                              Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                              Radius Rtube 5 25

                                                                                              Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                                                              Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                              Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                              Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                              Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                              plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                              at the tube top Strong tubehellip

                                                                                              143

                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                              Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                              on the initial twist q

                                                                                              q large direct emergence

                                                                                                Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                              144

                                                                                              dVB

                                                                                              E corona

                                                                                              2

                                                                                              mag 8

                                                                                              Setup and Results

                                                                                              Conditions

                                                                                              q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                              145

                                                                                              Our case Murray et al (2006)

                                                                                              Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                              Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                              Radius Rtube 25 25

                                                                                              Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                                                              Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                              Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                              Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                              セットアップと計算結果

                                                                                              結果 (x=0)

                                                                                              146

                                                                                              セットアップと計算結果

                                                                                              結果 (y=0)

                                                                                              147

                                                                                              • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                              • 内容
                                                                                              • 内容 (2)
                                                                                              • 太陽活動と磁場
                                                                                              • 活動領域と浮上磁場
                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                              • 先行研究の概観
                                                                                              • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                              • 本研究の目的
                                                                                              • 内容 (3)
                                                                                              • 2次元計算2つのモード
                                                                                              • 内容 (4)
                                                                                              • 2次元軸方向計算
                                                                                              • Slide 16
                                                                                              • 光球付近における減速
                                                                                              • パラメータ研究
                                                                                              • 内容 (5)
                                                                                              • 25次元断面方向計算
                                                                                              • Slide 21
                                                                                              • パラメータ研究 (2)
                                                                                              • 2次元計算のまとめ
                                                                                              • 内容 (6)
                                                                                              • 3次元浮上磁場計算
                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                              • 内容 (7)
                                                                                              • まとめ
                                                                                              • 今後の課題
                                                                                              • Fin
                                                                                              • 1 Introduction
                                                                                              • 2 Previous 2D Works
                                                                                              • 3 3D Calculation
                                                                                              • 4 Summary and Future Works
                                                                                              • 4 What to Study in HAO
                                                                                              • What to Study in HAO
                                                                                              • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                              • Parameter Study
                                                                                              • Parameter Study (2)
                                                                                              • Parameter Study (3)
                                                                                              • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                              • Parameter Study (4)
                                                                                              • Parameter Survey
                                                                                              • Parameter Survey (2)
                                                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                              • Parameter Survey (3)
                                                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                              • Parameter Study (5)
                                                                                              • Parameter Study (6)
                                                                                              • Parameter Study typical case
                                                                                              • Slide 59
                                                                                              • Parameter Study BX strong
                                                                                              • Slide 61
                                                                                              • Parameter Study BX weak
                                                                                              • Slide 63
                                                                                              • Parameter Study (7)
                                                                                              • Parameter Study q weak
                                                                                              • Slide 66
                                                                                              • 3-1 Setup and Results
                                                                                              • Setup
                                                                                              • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                              • Appendix
                                                                                              • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                              • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                              • 2-1 2D calculations
                                                                                              • Slide 74
                                                                                              • Deceleration near the Surface
                                                                                              • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                              • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                              • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                              • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                              • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                              • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                              • Summary of 3D Work
                                                                                              • Observation
                                                                                              • Results qH0=005 (failed)
                                                                                              • Results
                                                                                              • Results (2)
                                                                                              • Results (3)
                                                                                              • Results (4)
                                                                                              • Results (5)
                                                                                              • Large-scale 3D calculation
                                                                                              • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                              • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                              • Observation (2)
                                                                                              • イントロダクション
                                                                                              • 数値モデル
                                                                                              • 議論とまとめ
                                                                                              • 議論とまとめ (2)
                                                                                              • 太陽と磁場
                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                              • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                              • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                              • 対流層内部における近似計算
                                                                                              • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                              • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                              • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                              • 光球付近での減速機構
                                                                                              • 本研究の目的 (12)
                                                                                              • 本研究の目的 (22)
                                                                                              • 本研究の目的 (4)
                                                                                              • 数値モデル (2)
                                                                                              • 数値モデル (22)
                                                                                              • 数値モデル (23)
                                                                                              • 数値モデル (24)
                                                                                              • 数値モデル (14)
                                                                                              • 減速の物理 (34)
                                                                                              • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                              • 光球付近における減速 (2)
                                                                                              • 5 パラメータ研究
                                                                                              • パラメータ研究 (111)
                                                                                              • パラメータ研究 (211)
                                                                                              • パラメータ研究 (311)
                                                                                              • パラメータ研究 (511)
                                                                                              • パラメータ研究 (611)
                                                                                              • パラメータ研究 (711)
                                                                                              • パラメータ研究 (811)
                                                                                              • パラメータ研究 (911)
                                                                                              • パラメータ研究 (1011)
                                                                                              • 軸方向計算のまとめ
                                                                                              • 断面方向計算のまとめ
                                                                                              • Resistive Emergence Model
                                                                                              • Preceding Studies(13)
                                                                                              • Preceding Studies(23)
                                                                                              • Preceding Studies(33)
                                                                                              • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                              • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                              • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                              • Setup and Results
                                                                                              • セットアップと計算結果
                                                                                              • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                Parameter Study

                                                                                                Direct emergencebullwithout any deceleration at the surfacebullfield strength is too strongbullnot appropriate for an active region model

                                                                                                48

                                                                                                Parameter Study BX-Φ too strong

                                                                                                49

                                                                                                Density field lines and velocity vectors

                                                                                                Parameter Study

                                                                                                Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                                                                                50

                                                                                                Parameter Survey

                                                                                                Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                                                                                51

                                                                                                Parameter Survey

                                                                                                times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                                                                52

                                                                                                Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                                53

                                                                                                Density field lines and velocity vectors

                                                                                                Parameter Survey

                                                                                                times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                                                                54

                                                                                                Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                                55

                                                                                                Density field lines and velocity vectors

                                                                                                Parameter Study

                                                                                                Varying

                                                                                                Field strength BX

                                                                                                Initial twist q

                                                                                                to study the condition of the flux emergence

                                                                                                Initial twist q

                                                                                                Field strength BX

                                                                                                56

                                                                                                Parameter Study

                                                                                                Varying axial field strength BX

                                                                                                57

                                                                                                Parameter Study typical case

                                                                                                Varying axial field strength BX

                                                                                                58

                                                                                                59

                                                                                                Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                Parameter Study typical case

                                                                                                Parameter Study BX strong

                                                                                                Varying axial field strength BX

                                                                                                60

                                                                                                61

                                                                                                Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                Parameter Study BX strong

                                                                                                Parameter Study BX weak

                                                                                                Varying axial field strength BX

                                                                                                62

                                                                                                63

                                                                                                Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                Parameter Study BX weak

                                                                                                Parameter Study

                                                                                                Varying initial twist q

                                                                                                64

                                                                                                Parameter Study q weak

                                                                                                Varying initial twist q

                                                                                                65

                                                                                                66

                                                                                                Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                Parameter Study q weak

                                                                                                3-1 Setup and Results

                                                                                                67

                                                                                                Setup

                                                                                                Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                                qH0=01 case rarr

                                                                                                68

                                                                                                rqrBrB x

                                                                                                2

                                                                                                tube

                                                                                                2

                                                                                                tube expR

                                                                                                rBrBx

                                                                                                3-2 Summary of 3D Work

                                                                                                69

                                                                                                Appendix

                                                                                                70

                                                                                                Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                71

                                                                                                North Pole

                                                                                                Equator

                                                                                                Convection Zone

                                                                                                Radiative Zone

                                                                                                Core

                                                                                                Zwaan (1985)

                                                                                                Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                                (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                                72

                                                                                                North Pole

                                                                                                Equator

                                                                                                Convection Zone

                                                                                                Radiative Zone

                                                                                                Core

                                                                                                2-1 2D calculations

                                                                                                73

                                                                                                Apex of the Emerging Loop

                                                                                                Height Zapex

                                                                                                Rise Velocity VZapex

                                                                                                Surfacerarr

                                                                                                74

                                                                                                -20000 kmrarr

                                                                                                Axial Calculation Results

                                                                                                Magneticflux

                                                                                                Accumulateddensity

                                                                                                Magneticflux

                                                                                                Accumulateddensity

                                                                                                Accumulateddensity

                                                                                                Magneticflux

                                                                                                Deceleration near the Surface

                                                                                                Accumulated density

                                                                                                75

                                                                                                0 t

                                                                                                2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                76

                                                                                                2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                77

                                                                                                2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                78

                                                                                                Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                79

                                                                                                Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                80

                                                                                                Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                81

                                                                                                Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                Logarithmic density

                                                                                                Summary of 3D Work

                                                                                                Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                82

                                                                                                Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                decelerates and

                                                                                                expands horizontally

                                                                                                Otsuji et al (2010)83

                                                                                                Observation

                                                                                                Results qH0=005 (failed)

                                                                                                84

                                                                                                Results

                                                                                                Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                85

                                                                                                q large

                                                                                                q small

                                                                                                Results

                                                                                                Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                86

                                                                                                Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                Results

                                                                                                Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                87

                                                                                                Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                Results

                                                                                                Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                q large obeys the initial

                                                                                                q2 law because the tube

                                                                                                keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                because it takes more time

                                                                                                to emerge to the corona

                                                                                                and Emag is stored in the

                                                                                                photospheric tongue 88

                                                                                                dVB

                                                                                                Ez

                                                                                                0

                                                                                                2

                                                                                                mag 8

                                                                                                Results

                                                                                                Cross-section when

                                                                                                the apex reaches zH0=40

                                                                                                89

                                                                                                Large-scale 3D calculation

                                                                                                Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                90

                                                                                                Large-scale 3D calculation

                                                                                                Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                91

                                                                                                Large-scale 3D calculation

                                                                                                Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                92

                                                                                                Observation

                                                                                                Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                decelerates and

                                                                                                expands horizontally

                                                                                                Otsuji et al (2010)93

                                                                                                イントロダクション

                                                                                                ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                94

                                                                                                数値モデル

                                                                                                初期磁束管 exp型分布

                                                                                                ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                磁束管の内部圧力を

                                                                                                  と表すこのとき force balance

                                                                                                 が保たれるよう

                                                                                                 とする

                                                                                                rqrBrB x

                                                                                                2

                                                                                                tube

                                                                                                2

                                                                                                tube expR

                                                                                                rBrBx

                                                                                                r

                                                                                                BBB

                                                                                                dr

                                                                                                d

                                                                                                dr

                                                                                                dp x

                                                                                                48

                                                                                                222

                                                                                                exc

                                                                                                222

                                                                                                tube2exc 1

                                                                                                28

                                                                                                1xBr

                                                                                                Rqp

                                                                                                rpzpzyp excsi

                                                                                                B

                                                                                                x

                                                                                                r

                                                                                                B

                                                                                                BX

                                                                                                2πr

                                                                                                95

                                                                                                議論とまとめ

                                                                                                結果の比較

                                                                                                物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                磁束管の半径 1000 km

                                                                                                初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                96

                                                                                                断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                議論とまとめ

                                                                                                3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                倍 )

                                                                                                将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                97

                                                                                                1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                太陽と磁場

                                                                                                Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                98

                                                                                                活動領域と浮上磁場

                                                                                                活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                Zwaan (1985)

                                                                                                Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                99

                                                                                                磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                外圧 Pe

                                                                                                ggf ieb )(

                                                                                                100

                                                                                                活動領域と浮上磁場

                                                                                                AR 10926

                                                                                                101

                                                                                                磁束浮上シミュレーション

                                                                                                磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                102

                                                                                                対流層内部における近似計算

                                                                                                ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                た 細管近似

                                                                                                対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                Caligari et al (1995)

                                                                                                103

                                                                                                対流層内部における近似計算

                                                                                                非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                Fan (2001a)104

                                                                                                対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                105

                                                                                                浮上磁場シミュレーション

                                                                                                光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                的にコロナへ浮上

                                                                                                対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                Shibata et al (1989) 106

                                                                                                光球付近での減速機構

                                                                                                光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                Magara (2001)

                                                                                                107

                                                                                                本研究の目的 (12)

                                                                                                上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                108

                                                                                                本研究の目的 (22)

                                                                                                そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                本研究の目的

                                                                                                減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                数値モデル

                                                                                                初期条件

                                                                                                xH-400 0 400

                                                                                                zH

                                                                                                200

                                                                                                100

                                                                                                -200

                                                                                                -100

                                                                                                NX timesNZ

                                                                                                =1536times1920

                                                                                                BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                磁束の深さ -20000 km

                                                                                                光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                111

                                                                                                LX = 16 万 km

                                                                                                LZ = 8 万 km

                                                                                                数値モデル (22)

                                                                                                対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                数値モデル (23)

                                                                                                初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                磁場BX

                                                                                                密度ρ

                                                                                                圧力 p

                                                                                                温度 T

                                                                                                対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                113

                                                                                                数値モデル (24)

                                                                                                境界条件

                                                                                                -400 0 400

                                                                                                200

                                                                                                100

                                                                                                -200

                                                                                                -100

                                                                                                周期境界 対称境界

                                                                                                減衰領域

                                                                                                x H0

                                                                                                z H0

                                                                                                114

                                                                                                数値モデル (14)

                                                                                                初期条件

                                                                                                x H0

                                                                                                -400 0 400

                                                                                                z H0

                                                                                                200

                                                                                                100

                                                                                                -200

                                                                                                -100

                                                                                                NZ=1920

                                                                                                NX=1536

                                                                                                BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                width D

                                                                                                z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                115

                                                                                                減速の物理 (34)

                                                                                                磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                116

                                                                                                減速の物理 (34)

                                                                                                磁束シート上のプラズマ

                                                                                                シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                磁束シートの浮上

                                                                                                磁束シートが平らになる

                                                                                                減速

                                                                                                117

                                                                                                光球付近における減速

                                                                                                磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                磁場

                                                                                                密度差

                                                                                                磁場

                                                                                                密度差密度差

                                                                                                磁場

                                                                                                118

                                                                                                5 パラメータ研究

                                                                                                119

                                                                                                パラメータ研究 (111)

                                                                                                磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                総磁束量 Φ

                                                                                                を変えた計算を行った

                                                                                                総磁束量 Φ

                                                                                                磁場強度 BX

                                                                                                120

                                                                                                パラメータ研究 (211)

                                                                                                2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                121

                                                                                                パラメータ研究 (311)

                                                                                                減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                122

                                                                                                パラメータ研究 (511)

                                                                                                2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                123

                                                                                                パラメータ研究 (611)

                                                                                                2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                124

                                                                                                パラメータ研究 (711)

                                                                                                times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                125

                                                                                                パラメータ研究 (811)

                                                                                                密度磁力線速度場126

                                                                                                パラメータ研究 (911)

                                                                                                対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                EmagEkin lt 1

                                                                                                127

                                                                                                パラメータ研究 (1011)

                                                                                                times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                軸方向計算のまとめ

                                                                                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                129

                                                                                                断面方向計算のまとめ

                                                                                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                130

                                                                                                Resistive Emergence Model

                                                                                                Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                observations Isobe et al (2007)

                                                                                                2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                3D simulations131

                                                                                                Preceding Studies(13)

                                                                                                Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                132

                                                                                                Preceding Studies(23)

                                                                                                Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                133

                                                                                                Preceding Studies(33)

                                                                                                Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                zzz pF BJg

                                                                                                134

                                                                                                Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                135

                                                                                                Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                 rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                 rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                 rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                136

                                                                                                3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                137

                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                138

                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                139

                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                emerged

                                                                                                q large direct emergence without a tongue

                                                                                                q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                140

                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                141

                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                142

                                                                                                Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                Radius Rtube 5 25

                                                                                                Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                143

                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                on the initial twist q

                                                                                                q large direct emergence

                                                                                                  Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                  Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                144

                                                                                                dVB

                                                                                                E corona

                                                                                                2

                                                                                                mag 8

                                                                                                Setup and Results

                                                                                                Conditions

                                                                                                q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                145

                                                                                                Our case Murray et al (2006)

                                                                                                Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                Radius Rtube 25 25

                                                                                                Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                セットアップと計算結果

                                                                                                結果 (x=0)

                                                                                                146

                                                                                                セットアップと計算結果

                                                                                                結果 (y=0)

                                                                                                147

                                                                                                • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                • 内容
                                                                                                • 内容 (2)
                                                                                                • 太陽活動と磁場
                                                                                                • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                • 先行研究の概観
                                                                                                • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                • 本研究の目的
                                                                                                • 内容 (3)
                                                                                                • 2次元計算2つのモード
                                                                                                • 内容 (4)
                                                                                                • 2次元軸方向計算
                                                                                                • Slide 16
                                                                                                • 光球付近における減速
                                                                                                • パラメータ研究
                                                                                                • 内容 (5)
                                                                                                • 25次元断面方向計算
                                                                                                • Slide 21
                                                                                                • パラメータ研究 (2)
                                                                                                • 2次元計算のまとめ
                                                                                                • 内容 (6)
                                                                                                • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                • 内容 (7)
                                                                                                • まとめ
                                                                                                • 今後の課題
                                                                                                • Fin
                                                                                                • 1 Introduction
                                                                                                • 2 Previous 2D Works
                                                                                                • 3 3D Calculation
                                                                                                • 4 Summary and Future Works
                                                                                                • 4 What to Study in HAO
                                                                                                • What to Study in HAO
                                                                                                • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                • Parameter Study
                                                                                                • Parameter Study (2)
                                                                                                • Parameter Study (3)
                                                                                                • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                • Parameter Study (4)
                                                                                                • Parameter Survey
                                                                                                • Parameter Survey (2)
                                                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                • Parameter Survey (3)
                                                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                • Parameter Study (5)
                                                                                                • Parameter Study (6)
                                                                                                • Parameter Study typical case
                                                                                                • Slide 59
                                                                                                • Parameter Study BX strong
                                                                                                • Slide 61
                                                                                                • Parameter Study BX weak
                                                                                                • Slide 63
                                                                                                • Parameter Study (7)
                                                                                                • Parameter Study q weak
                                                                                                • Slide 66
                                                                                                • 3-1 Setup and Results
                                                                                                • Setup
                                                                                                • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                • Appendix
                                                                                                • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                • 2-1 2D calculations
                                                                                                • Slide 74
                                                                                                • Deceleration near the Surface
                                                                                                • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                • Summary of 3D Work
                                                                                                • Observation
                                                                                                • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                • Results
                                                                                                • Results (2)
                                                                                                • Results (3)
                                                                                                • Results (4)
                                                                                                • Results (5)
                                                                                                • Large-scale 3D calculation
                                                                                                • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                • Observation (2)
                                                                                                • イントロダクション
                                                                                                • 数値モデル
                                                                                                • 議論とまとめ
                                                                                                • 議論とまとめ (2)
                                                                                                • 太陽と磁場
                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                • 対流層内部における近似計算
                                                                                                • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                • 光球付近での減速機構
                                                                                                • 本研究の目的 (12)
                                                                                                • 本研究の目的 (22)
                                                                                                • 本研究の目的 (4)
                                                                                                • 数値モデル (2)
                                                                                                • 数値モデル (22)
                                                                                                • 数値モデル (23)
                                                                                                • 数値モデル (24)
                                                                                                • 数値モデル (14)
                                                                                                • 減速の物理 (34)
                                                                                                • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                • 5 パラメータ研究
                                                                                                • パラメータ研究 (111)
                                                                                                • パラメータ研究 (211)
                                                                                                • パラメータ研究 (311)
                                                                                                • パラメータ研究 (511)
                                                                                                • パラメータ研究 (611)
                                                                                                • パラメータ研究 (711)
                                                                                                • パラメータ研究 (811)
                                                                                                • パラメータ研究 (911)
                                                                                                • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                • Resistive Emergence Model
                                                                                                • Preceding Studies(13)
                                                                                                • Preceding Studies(23)
                                                                                                • Preceding Studies(33)
                                                                                                • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                • Setup and Results
                                                                                                • セットアップと計算結果
                                                                                                • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                  Parameter Study BX-Φ too strong

                                                                                                  49

                                                                                                  Density field lines and velocity vectors

                                                                                                  Parameter Study

                                                                                                  Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                                                                                  50

                                                                                                  Parameter Survey

                                                                                                  Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                                                                                  51

                                                                                                  Parameter Survey

                                                                                                  times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                                                                  52

                                                                                                  Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                                  53

                                                                                                  Density field lines and velocity vectors

                                                                                                  Parameter Survey

                                                                                                  times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                                                                  54

                                                                                                  Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                                  55

                                                                                                  Density field lines and velocity vectors

                                                                                                  Parameter Study

                                                                                                  Varying

                                                                                                  Field strength BX

                                                                                                  Initial twist q

                                                                                                  to study the condition of the flux emergence

                                                                                                  Initial twist q

                                                                                                  Field strength BX

                                                                                                  56

                                                                                                  Parameter Study

                                                                                                  Varying axial field strength BX

                                                                                                  57

                                                                                                  Parameter Study typical case

                                                                                                  Varying axial field strength BX

                                                                                                  58

                                                                                                  59

                                                                                                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                  Parameter Study typical case

                                                                                                  Parameter Study BX strong

                                                                                                  Varying axial field strength BX

                                                                                                  60

                                                                                                  61

                                                                                                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                  Parameter Study BX strong

                                                                                                  Parameter Study BX weak

                                                                                                  Varying axial field strength BX

                                                                                                  62

                                                                                                  63

                                                                                                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                  Parameter Study BX weak

                                                                                                  Parameter Study

                                                                                                  Varying initial twist q

                                                                                                  64

                                                                                                  Parameter Study q weak

                                                                                                  Varying initial twist q

                                                                                                  65

                                                                                                  66

                                                                                                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                  Parameter Study q weak

                                                                                                  3-1 Setup and Results

                                                                                                  67

                                                                                                  Setup

                                                                                                  Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                                  qH0=01 case rarr

                                                                                                  68

                                                                                                  rqrBrB x

                                                                                                  2

                                                                                                  tube

                                                                                                  2

                                                                                                  tube expR

                                                                                                  rBrBx

                                                                                                  3-2 Summary of 3D Work

                                                                                                  69

                                                                                                  Appendix

                                                                                                  70

                                                                                                  Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                  71

                                                                                                  North Pole

                                                                                                  Equator

                                                                                                  Convection Zone

                                                                                                  Radiative Zone

                                                                                                  Core

                                                                                                  Zwaan (1985)

                                                                                                  Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                  Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                                  (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                                  72

                                                                                                  North Pole

                                                                                                  Equator

                                                                                                  Convection Zone

                                                                                                  Radiative Zone

                                                                                                  Core

                                                                                                  2-1 2D calculations

                                                                                                  73

                                                                                                  Apex of the Emerging Loop

                                                                                                  Height Zapex

                                                                                                  Rise Velocity VZapex

                                                                                                  Surfacerarr

                                                                                                  74

                                                                                                  -20000 kmrarr

                                                                                                  Axial Calculation Results

                                                                                                  Magneticflux

                                                                                                  Accumulateddensity

                                                                                                  Magneticflux

                                                                                                  Accumulateddensity

                                                                                                  Accumulateddensity

                                                                                                  Magneticflux

                                                                                                  Deceleration near the Surface

                                                                                                  Accumulated density

                                                                                                  75

                                                                                                  0 t

                                                                                                  2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                  76

                                                                                                  2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                  77

                                                                                                  2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                  78

                                                                                                  Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                  79

                                                                                                  Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                  80

                                                                                                  Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                  81

                                                                                                  Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                  Logarithmic density

                                                                                                  Summary of 3D Work

                                                                                                  Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                  Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                  82

                                                                                                  Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                  decelerates and

                                                                                                  expands horizontally

                                                                                                  Otsuji et al (2010)83

                                                                                                  Observation

                                                                                                  Results qH0=005 (failed)

                                                                                                  84

                                                                                                  Results

                                                                                                  Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                  85

                                                                                                  q large

                                                                                                  q small

                                                                                                  Results

                                                                                                  Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                  86

                                                                                                  Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                  Results

                                                                                                  Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                  87

                                                                                                  Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                  Results

                                                                                                  Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                  q large obeys the initial

                                                                                                  q2 law because the tube

                                                                                                  keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                  because it takes more time

                                                                                                  to emerge to the corona

                                                                                                  and Emag is stored in the

                                                                                                  photospheric tongue 88

                                                                                                  dVB

                                                                                                  Ez

                                                                                                  0

                                                                                                  2

                                                                                                  mag 8

                                                                                                  Results

                                                                                                  Cross-section when

                                                                                                  the apex reaches zH0=40

                                                                                                  89

                                                                                                  Large-scale 3D calculation

                                                                                                  Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                  90

                                                                                                  Large-scale 3D calculation

                                                                                                  Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                  91

                                                                                                  Large-scale 3D calculation

                                                                                                  Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                  92

                                                                                                  Observation

                                                                                                  Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                  decelerates and

                                                                                                  expands horizontally

                                                                                                  Otsuji et al (2010)93

                                                                                                  イントロダクション

                                                                                                  ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                  考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                  (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                  94

                                                                                                  数値モデル

                                                                                                  初期磁束管 exp型分布

                                                                                                  ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                  磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                  磁束管の内部圧力を

                                                                                                    と表すこのとき force balance

                                                                                                   が保たれるよう

                                                                                                   とする

                                                                                                  rqrBrB x

                                                                                                  2

                                                                                                  tube

                                                                                                  2

                                                                                                  tube expR

                                                                                                  rBrBx

                                                                                                  r

                                                                                                  BBB

                                                                                                  dr

                                                                                                  d

                                                                                                  dr

                                                                                                  dp x

                                                                                                  48

                                                                                                  222

                                                                                                  exc

                                                                                                  222

                                                                                                  tube2exc 1

                                                                                                  28

                                                                                                  1xBr

                                                                                                  Rqp

                                                                                                  rpzpzyp excsi

                                                                                                  B

                                                                                                  x

                                                                                                  r

                                                                                                  B

                                                                                                  BX

                                                                                                  2πr

                                                                                                  95

                                                                                                  議論とまとめ

                                                                                                  結果の比較

                                                                                                  物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                  初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                  総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                  初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                  磁束管の半径 1000 km

                                                                                                  初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                  1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                  減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                  96

                                                                                                  断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                  議論とまとめ

                                                                                                  3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                  軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                  総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                  考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                  倍 )

                                                                                                  将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                  97

                                                                                                  1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                  太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                  太陽と磁場

                                                                                                  Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                  98

                                                                                                  活動領域と浮上磁場

                                                                                                  活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                  磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                  太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                  Zwaan (1985)

                                                                                                  Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                  99

                                                                                                  磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                  磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                  る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                  Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                  内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                  外圧 Pe

                                                                                                  ggf ieb )(

                                                                                                  100

                                                                                                  活動領域と浮上磁場

                                                                                                  AR 10926

                                                                                                  101

                                                                                                  磁束浮上シミュレーション

                                                                                                  磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                  102

                                                                                                  対流層内部における近似計算

                                                                                                  ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                  た 細管近似

                                                                                                  対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                  物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                  Caligari et al (1995)

                                                                                                  103

                                                                                                  対流層内部における近似計算

                                                                                                  非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                  大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                  中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                  Fan (2001a)104

                                                                                                  対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                  しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                  細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                  したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                  105

                                                                                                  浮上磁場シミュレーション

                                                                                                  光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                  的にコロナへ浮上

                                                                                                  対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                  Shibata et al (1989) 106

                                                                                                  光球付近での減速機構

                                                                                                  光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                  Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                  Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                  Magara (2001)

                                                                                                  107

                                                                                                  本研究の目的 (12)

                                                                                                  上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                  しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                  対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                  しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                  したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                  108

                                                                                                  本研究の目的 (22)

                                                                                                  そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                  対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                  典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                  典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                  本研究の目的

                                                                                                  減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                  2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                  典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                  典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                  数値モデル

                                                                                                  初期条件

                                                                                                  xH-400 0 400

                                                                                                  zH

                                                                                                  200

                                                                                                  100

                                                                                                  -200

                                                                                                  -100

                                                                                                  NX timesNZ

                                                                                                  =1536times1920

                                                                                                  BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                  磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                  磁束の深さ -20000 km

                                                                                                  光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                  111

                                                                                                  LX = 16 万 km

                                                                                                  LZ = 8 万 km

                                                                                                  数値モデル (22)

                                                                                                  対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                  無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                  速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                  時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                  密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                  圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                  温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                  磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                  数値モデル (23)

                                                                                                  初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                  磁場BX

                                                                                                  密度ρ

                                                                                                  圧力 p

                                                                                                  温度 T

                                                                                                  対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                  113

                                                                                                  数値モデル (24)

                                                                                                  境界条件

                                                                                                  -400 0 400

                                                                                                  200

                                                                                                  100

                                                                                                  -200

                                                                                                  -100

                                                                                                  周期境界 対称境界

                                                                                                  減衰領域

                                                                                                  x H0

                                                                                                  z H0

                                                                                                  114

                                                                                                  数値モデル (14)

                                                                                                  初期条件

                                                                                                  x H0

                                                                                                  -400 0 400

                                                                                                  z H0

                                                                                                  200

                                                                                                  100

                                                                                                  -200

                                                                                                  -100

                                                                                                  NZ=1920

                                                                                                  NX=1536

                                                                                                  BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                  width D

                                                                                                  z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                  115

                                                                                                  減速の物理 (34)

                                                                                                  磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                  116

                                                                                                  減速の物理 (34)

                                                                                                  磁束シート上のプラズマ

                                                                                                  シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                  磁束シートの浮上

                                                                                                  磁束シートが平らになる

                                                                                                  減速

                                                                                                  117

                                                                                                  光球付近における減速

                                                                                                  磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                  磁場

                                                                                                  密度差

                                                                                                  磁場

                                                                                                  密度差密度差

                                                                                                  磁場

                                                                                                  118

                                                                                                  5 パラメータ研究

                                                                                                  119

                                                                                                  パラメータ研究 (111)

                                                                                                  磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                  総磁束量 Φ

                                                                                                  を変えた計算を行った

                                                                                                  総磁束量 Φ

                                                                                                  磁場強度 BX

                                                                                                  120

                                                                                                  パラメータ研究 (211)

                                                                                                  2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                  点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                  121

                                                                                                  パラメータ研究 (311)

                                                                                                  減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                  122

                                                                                                  パラメータ研究 (511)

                                                                                                  2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                  123

                                                                                                  パラメータ研究 (611)

                                                                                                  2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                  124

                                                                                                  パラメータ研究 (711)

                                                                                                  times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                  125

                                                                                                  パラメータ研究 (811)

                                                                                                  密度磁力線速度場126

                                                                                                  パラメータ研究 (911)

                                                                                                  対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                  EmagEkin lt 1

                                                                                                  127

                                                                                                  パラメータ研究 (1011)

                                                                                                  times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                  軸方向計算のまとめ

                                                                                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                  減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                  129

                                                                                                  断面方向計算のまとめ

                                                                                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                  減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                  130

                                                                                                  Resistive Emergence Model

                                                                                                  Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                  observations Isobe et al (2007)

                                                                                                  2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                  3D simulations131

                                                                                                  Preceding Studies(13)

                                                                                                  Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                  force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                  that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                  132

                                                                                                  Preceding Studies(23)

                                                                                                  Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                  persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                  133

                                                                                                  Preceding Studies(33)

                                                                                                  Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                  gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                  Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                  zzz pF BJg

                                                                                                  134

                                                                                                  Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                  135

                                                                                                  Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                  Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                  magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                   rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                   rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                   rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                  Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                  136

                                                                                                  3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                  137

                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                  Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                  138

                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                  Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                  twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                  139

                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                  Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                  emerged

                                                                                                  q large direct emergence without a tongue

                                                                                                  q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                  140

                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                  Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                  141

                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                  Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                  Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                  142

                                                                                                  Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                  Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                  Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                  Radius Rtube 5 25

                                                                                                  Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                  Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                  Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                  Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                  Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                  plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                  at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                  143

                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                  Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                  on the initial twist q

                                                                                                  q large direct emergence

                                                                                                    Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                    Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                  144

                                                                                                  dVB

                                                                                                  E corona

                                                                                                  2

                                                                                                  mag 8

                                                                                                  Setup and Results

                                                                                                  Conditions

                                                                                                  q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                  145

                                                                                                  Our case Murray et al (2006)

                                                                                                  Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                  Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                  Radius Rtube 25 25

                                                                                                  Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                  Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                  Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                  Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                  セットアップと計算結果

                                                                                                  結果 (x=0)

                                                                                                  146

                                                                                                  セットアップと計算結果

                                                                                                  結果 (y=0)

                                                                                                  147

                                                                                                  • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                  • 内容
                                                                                                  • 内容 (2)
                                                                                                  • 太陽活動と磁場
                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                  • 先行研究の概観
                                                                                                  • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                  • 本研究の目的
                                                                                                  • 内容 (3)
                                                                                                  • 2次元計算2つのモード
                                                                                                  • 内容 (4)
                                                                                                  • 2次元軸方向計算
                                                                                                  • Slide 16
                                                                                                  • 光球付近における減速
                                                                                                  • パラメータ研究
                                                                                                  • 内容 (5)
                                                                                                  • 25次元断面方向計算
                                                                                                  • Slide 21
                                                                                                  • パラメータ研究 (2)
                                                                                                  • 2次元計算のまとめ
                                                                                                  • 内容 (6)
                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                  • 内容 (7)
                                                                                                  • まとめ
                                                                                                  • 今後の課題
                                                                                                  • Fin
                                                                                                  • 1 Introduction
                                                                                                  • 2 Previous 2D Works
                                                                                                  • 3 3D Calculation
                                                                                                  • 4 Summary and Future Works
                                                                                                  • 4 What to Study in HAO
                                                                                                  • What to Study in HAO
                                                                                                  • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                  • Parameter Study
                                                                                                  • Parameter Study (2)
                                                                                                  • Parameter Study (3)
                                                                                                  • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                  • Parameter Study (4)
                                                                                                  • Parameter Survey
                                                                                                  • Parameter Survey (2)
                                                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                  • Parameter Survey (3)
                                                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                  • Parameter Study (5)
                                                                                                  • Parameter Study (6)
                                                                                                  • Parameter Study typical case
                                                                                                  • Slide 59
                                                                                                  • Parameter Study BX strong
                                                                                                  • Slide 61
                                                                                                  • Parameter Study BX weak
                                                                                                  • Slide 63
                                                                                                  • Parameter Study (7)
                                                                                                  • Parameter Study q weak
                                                                                                  • Slide 66
                                                                                                  • 3-1 Setup and Results
                                                                                                  • Setup
                                                                                                  • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                  • Appendix
                                                                                                  • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                  • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                  • 2-1 2D calculations
                                                                                                  • Slide 74
                                                                                                  • Deceleration near the Surface
                                                                                                  • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                  • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                  • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                  • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                  • Summary of 3D Work
                                                                                                  • Observation
                                                                                                  • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                  • Results
                                                                                                  • Results (2)
                                                                                                  • Results (3)
                                                                                                  • Results (4)
                                                                                                  • Results (5)
                                                                                                  • Large-scale 3D calculation
                                                                                                  • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                  • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                  • Observation (2)
                                                                                                  • イントロダクション
                                                                                                  • 数値モデル
                                                                                                  • 議論とまとめ
                                                                                                  • 議論とまとめ (2)
                                                                                                  • 太陽と磁場
                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                  • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                  • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                  • 対流層内部における近似計算
                                                                                                  • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                  • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                  • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                  • 光球付近での減速機構
                                                                                                  • 本研究の目的 (12)
                                                                                                  • 本研究の目的 (22)
                                                                                                  • 本研究の目的 (4)
                                                                                                  • 数値モデル (2)
                                                                                                  • 数値モデル (22)
                                                                                                  • 数値モデル (23)
                                                                                                  • 数値モデル (24)
                                                                                                  • 数値モデル (14)
                                                                                                  • 減速の物理 (34)
                                                                                                  • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                  • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                  • 5 パラメータ研究
                                                                                                  • パラメータ研究 (111)
                                                                                                  • パラメータ研究 (211)
                                                                                                  • パラメータ研究 (311)
                                                                                                  • パラメータ研究 (511)
                                                                                                  • パラメータ研究 (611)
                                                                                                  • パラメータ研究 (711)
                                                                                                  • パラメータ研究 (811)
                                                                                                  • パラメータ研究 (911)
                                                                                                  • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                  • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                  • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                  • Resistive Emergence Model
                                                                                                  • Preceding Studies(13)
                                                                                                  • Preceding Studies(23)
                                                                                                  • Preceding Studies(33)
                                                                                                  • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                  • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                  • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                  • Setup and Results
                                                                                                  • セットアップと計算結果
                                                                                                  • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                    Parameter Study

                                                                                                    Two-step emergencebullfield strength is too strong

                                                                                                    50

                                                                                                    Parameter Survey

                                                                                                    Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                                                                                    51

                                                                                                    Parameter Survey

                                                                                                    times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                                                                    52

                                                                                                    Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                                    53

                                                                                                    Density field lines and velocity vectors

                                                                                                    Parameter Survey

                                                                                                    times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                                                                    54

                                                                                                    Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                                    55

                                                                                                    Density field lines and velocity vectors

                                                                                                    Parameter Study

                                                                                                    Varying

                                                                                                    Field strength BX

                                                                                                    Initial twist q

                                                                                                    to study the condition of the flux emergence

                                                                                                    Initial twist q

                                                                                                    Field strength BX

                                                                                                    56

                                                                                                    Parameter Study

                                                                                                    Varying axial field strength BX

                                                                                                    57

                                                                                                    Parameter Study typical case

                                                                                                    Varying axial field strength BX

                                                                                                    58

                                                                                                    59

                                                                                                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                    Parameter Study typical case

                                                                                                    Parameter Study BX strong

                                                                                                    Varying axial field strength BX

                                                                                                    60

                                                                                                    61

                                                                                                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                    Parameter Study BX strong

                                                                                                    Parameter Study BX weak

                                                                                                    Varying axial field strength BX

                                                                                                    62

                                                                                                    63

                                                                                                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                    Parameter Study BX weak

                                                                                                    Parameter Study

                                                                                                    Varying initial twist q

                                                                                                    64

                                                                                                    Parameter Study q weak

                                                                                                    Varying initial twist q

                                                                                                    65

                                                                                                    66

                                                                                                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                    Parameter Study q weak

                                                                                                    3-1 Setup and Results

                                                                                                    67

                                                                                                    Setup

                                                                                                    Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                                    qH0=01 case rarr

                                                                                                    68

                                                                                                    rqrBrB x

                                                                                                    2

                                                                                                    tube

                                                                                                    2

                                                                                                    tube expR

                                                                                                    rBrBx

                                                                                                    3-2 Summary of 3D Work

                                                                                                    69

                                                                                                    Appendix

                                                                                                    70

                                                                                                    Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                    71

                                                                                                    North Pole

                                                                                                    Equator

                                                                                                    Convection Zone

                                                                                                    Radiative Zone

                                                                                                    Core

                                                                                                    Zwaan (1985)

                                                                                                    Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                    Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                                    (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                                    72

                                                                                                    North Pole

                                                                                                    Equator

                                                                                                    Convection Zone

                                                                                                    Radiative Zone

                                                                                                    Core

                                                                                                    2-1 2D calculations

                                                                                                    73

                                                                                                    Apex of the Emerging Loop

                                                                                                    Height Zapex

                                                                                                    Rise Velocity VZapex

                                                                                                    Surfacerarr

                                                                                                    74

                                                                                                    -20000 kmrarr

                                                                                                    Axial Calculation Results

                                                                                                    Magneticflux

                                                                                                    Accumulateddensity

                                                                                                    Magneticflux

                                                                                                    Accumulateddensity

                                                                                                    Accumulateddensity

                                                                                                    Magneticflux

                                                                                                    Deceleration near the Surface

                                                                                                    Accumulated density

                                                                                                    75

                                                                                                    0 t

                                                                                                    2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                    76

                                                                                                    2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                    77

                                                                                                    2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                    78

                                                                                                    Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                    79

                                                                                                    Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                    80

                                                                                                    Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                    81

                                                                                                    Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                    Logarithmic density

                                                                                                    Summary of 3D Work

                                                                                                    Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                    Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                    82

                                                                                                    Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                    decelerates and

                                                                                                    expands horizontally

                                                                                                    Otsuji et al (2010)83

                                                                                                    Observation

                                                                                                    Results qH0=005 (failed)

                                                                                                    84

                                                                                                    Results

                                                                                                    Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                    85

                                                                                                    q large

                                                                                                    q small

                                                                                                    Results

                                                                                                    Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                    86

                                                                                                    Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                    Results

                                                                                                    Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                    87

                                                                                                    Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                    Results

                                                                                                    Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                    q large obeys the initial

                                                                                                    q2 law because the tube

                                                                                                    keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                    because it takes more time

                                                                                                    to emerge to the corona

                                                                                                    and Emag is stored in the

                                                                                                    photospheric tongue 88

                                                                                                    dVB

                                                                                                    Ez

                                                                                                    0

                                                                                                    2

                                                                                                    mag 8

                                                                                                    Results

                                                                                                    Cross-section when

                                                                                                    the apex reaches zH0=40

                                                                                                    89

                                                                                                    Large-scale 3D calculation

                                                                                                    Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                    90

                                                                                                    Large-scale 3D calculation

                                                                                                    Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                    91

                                                                                                    Large-scale 3D calculation

                                                                                                    Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                    92

                                                                                                    Observation

                                                                                                    Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                    decelerates and

                                                                                                    expands horizontally

                                                                                                    Otsuji et al (2010)93

                                                                                                    イントロダクション

                                                                                                    ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                    考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                    (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                    94

                                                                                                    数値モデル

                                                                                                    初期磁束管 exp型分布

                                                                                                    ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                    磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                    磁束管の内部圧力を

                                                                                                      と表すこのとき force balance

                                                                                                     が保たれるよう

                                                                                                     とする

                                                                                                    rqrBrB x

                                                                                                    2

                                                                                                    tube

                                                                                                    2

                                                                                                    tube expR

                                                                                                    rBrBx

                                                                                                    r

                                                                                                    BBB

                                                                                                    dr

                                                                                                    d

                                                                                                    dr

                                                                                                    dp x

                                                                                                    48

                                                                                                    222

                                                                                                    exc

                                                                                                    222

                                                                                                    tube2exc 1

                                                                                                    28

                                                                                                    1xBr

                                                                                                    Rqp

                                                                                                    rpzpzyp excsi

                                                                                                    B

                                                                                                    x

                                                                                                    r

                                                                                                    B

                                                                                                    BX

                                                                                                    2πr

                                                                                                    95

                                                                                                    議論とまとめ

                                                                                                    結果の比較

                                                                                                    物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                    初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                    総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                    初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                    磁束管の半径 1000 km

                                                                                                    初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                    1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                    減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                    96

                                                                                                    断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                    議論とまとめ

                                                                                                    3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                    軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                    総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                    考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                    倍 )

                                                                                                    将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                    97

                                                                                                    1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                    太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                    太陽と磁場

                                                                                                    Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                    98

                                                                                                    活動領域と浮上磁場

                                                                                                    活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                    磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                    太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                    Zwaan (1985)

                                                                                                    Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                    99

                                                                                                    磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                    磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                    る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                    Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                    内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                    外圧 Pe

                                                                                                    ggf ieb )(

                                                                                                    100

                                                                                                    活動領域と浮上磁場

                                                                                                    AR 10926

                                                                                                    101

                                                                                                    磁束浮上シミュレーション

                                                                                                    磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                    102

                                                                                                    対流層内部における近似計算

                                                                                                    ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                    た 細管近似

                                                                                                    対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                    物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                    Caligari et al (1995)

                                                                                                    103

                                                                                                    対流層内部における近似計算

                                                                                                    非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                    大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                    中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                    Fan (2001a)104

                                                                                                    対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                    しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                    細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                    したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                    105

                                                                                                    浮上磁場シミュレーション

                                                                                                    光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                    的にコロナへ浮上

                                                                                                    対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                    Shibata et al (1989) 106

                                                                                                    光球付近での減速機構

                                                                                                    光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                    Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                    Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                    Magara (2001)

                                                                                                    107

                                                                                                    本研究の目的 (12)

                                                                                                    上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                    しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                    対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                    しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                    したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                    108

                                                                                                    本研究の目的 (22)

                                                                                                    そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                    対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                    典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                    典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                    本研究の目的

                                                                                                    減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                    2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                    典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                    典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                    数値モデル

                                                                                                    初期条件

                                                                                                    xH-400 0 400

                                                                                                    zH

                                                                                                    200

                                                                                                    100

                                                                                                    -200

                                                                                                    -100

                                                                                                    NX timesNZ

                                                                                                    =1536times1920

                                                                                                    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                    磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                    磁束の深さ -20000 km

                                                                                                    光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                    111

                                                                                                    LX = 16 万 km

                                                                                                    LZ = 8 万 km

                                                                                                    数値モデル (22)

                                                                                                    対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                    無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                    速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                    時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                    密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                    圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                    温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                    磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                    数値モデル (23)

                                                                                                    初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                    磁場BX

                                                                                                    密度ρ

                                                                                                    圧力 p

                                                                                                    温度 T

                                                                                                    対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                    113

                                                                                                    数値モデル (24)

                                                                                                    境界条件

                                                                                                    -400 0 400

                                                                                                    200

                                                                                                    100

                                                                                                    -200

                                                                                                    -100

                                                                                                    周期境界 対称境界

                                                                                                    減衰領域

                                                                                                    x H0

                                                                                                    z H0

                                                                                                    114

                                                                                                    数値モデル (14)

                                                                                                    初期条件

                                                                                                    x H0

                                                                                                    -400 0 400

                                                                                                    z H0

                                                                                                    200

                                                                                                    100

                                                                                                    -200

                                                                                                    -100

                                                                                                    NZ=1920

                                                                                                    NX=1536

                                                                                                    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                    width D

                                                                                                    z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                    115

                                                                                                    減速の物理 (34)

                                                                                                    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                    116

                                                                                                    減速の物理 (34)

                                                                                                    磁束シート上のプラズマ

                                                                                                    シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                    磁束シートの浮上

                                                                                                    磁束シートが平らになる

                                                                                                    減速

                                                                                                    117

                                                                                                    光球付近における減速

                                                                                                    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                    磁場

                                                                                                    密度差

                                                                                                    磁場

                                                                                                    密度差密度差

                                                                                                    磁場

                                                                                                    118

                                                                                                    5 パラメータ研究

                                                                                                    119

                                                                                                    パラメータ研究 (111)

                                                                                                    磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                    総磁束量 Φ

                                                                                                    を変えた計算を行った

                                                                                                    総磁束量 Φ

                                                                                                    磁場強度 BX

                                                                                                    120

                                                                                                    パラメータ研究 (211)

                                                                                                    2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                    点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                    121

                                                                                                    パラメータ研究 (311)

                                                                                                    減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                    122

                                                                                                    パラメータ研究 (511)

                                                                                                    2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                    123

                                                                                                    パラメータ研究 (611)

                                                                                                    2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                    124

                                                                                                    パラメータ研究 (711)

                                                                                                    times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                    125

                                                                                                    パラメータ研究 (811)

                                                                                                    密度磁力線速度場126

                                                                                                    パラメータ研究 (911)

                                                                                                    対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                    EmagEkin lt 1

                                                                                                    127

                                                                                                    パラメータ研究 (1011)

                                                                                                    times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                    軸方向計算のまとめ

                                                                                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                    減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                    129

                                                                                                    断面方向計算のまとめ

                                                                                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                    減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                    130

                                                                                                    Resistive Emergence Model

                                                                                                    Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                    observations Isobe et al (2007)

                                                                                                    2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                    3D simulations131

                                                                                                    Preceding Studies(13)

                                                                                                    Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                    force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                    that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                    132

                                                                                                    Preceding Studies(23)

                                                                                                    Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                    persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                    133

                                                                                                    Preceding Studies(33)

                                                                                                    Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                    gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                    Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                    zzz pF BJg

                                                                                                    134

                                                                                                    Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                    135

                                                                                                    Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                    Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                    magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                     rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                     rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                     rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                    Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                    136

                                                                                                    3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                    137

                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                    Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                    138

                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                    Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                    twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                    139

                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                    Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                    emerged

                                                                                                    q large direct emergence without a tongue

                                                                                                    q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                    140

                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                    Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                    141

                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                    Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                    Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                    142

                                                                                                    Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                    Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                    Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                    Radius Rtube 5 25

                                                                                                    Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                    Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                    Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                    Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                    Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                    plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                    at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                    143

                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                    Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                    on the initial twist q

                                                                                                    q large direct emergence

                                                                                                      Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                      Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                    144

                                                                                                    dVB

                                                                                                    E corona

                                                                                                    2

                                                                                                    mag 8

                                                                                                    Setup and Results

                                                                                                    Conditions

                                                                                                    q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                    145

                                                                                                    Our case Murray et al (2006)

                                                                                                    Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                    Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                    Radius Rtube 25 25

                                                                                                    Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                    Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                    Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                    Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                    セットアップと計算結果

                                                                                                    結果 (x=0)

                                                                                                    146

                                                                                                    セットアップと計算結果

                                                                                                    結果 (y=0)

                                                                                                    147

                                                                                                    • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                    • 内容
                                                                                                    • 内容 (2)
                                                                                                    • 太陽活動と磁場
                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                    • 先行研究の概観
                                                                                                    • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                    • 本研究の目的
                                                                                                    • 内容 (3)
                                                                                                    • 2次元計算2つのモード
                                                                                                    • 内容 (4)
                                                                                                    • 2次元軸方向計算
                                                                                                    • Slide 16
                                                                                                    • 光球付近における減速
                                                                                                    • パラメータ研究
                                                                                                    • 内容 (5)
                                                                                                    • 25次元断面方向計算
                                                                                                    • Slide 21
                                                                                                    • パラメータ研究 (2)
                                                                                                    • 2次元計算のまとめ
                                                                                                    • 内容 (6)
                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                    • 内容 (7)
                                                                                                    • まとめ
                                                                                                    • 今後の課題
                                                                                                    • Fin
                                                                                                    • 1 Introduction
                                                                                                    • 2 Previous 2D Works
                                                                                                    • 3 3D Calculation
                                                                                                    • 4 Summary and Future Works
                                                                                                    • 4 What to Study in HAO
                                                                                                    • What to Study in HAO
                                                                                                    • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                    • Parameter Study
                                                                                                    • Parameter Study (2)
                                                                                                    • Parameter Study (3)
                                                                                                    • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                    • Parameter Study (4)
                                                                                                    • Parameter Survey
                                                                                                    • Parameter Survey (2)
                                                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                    • Parameter Survey (3)
                                                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                    • Parameter Study (5)
                                                                                                    • Parameter Study (6)
                                                                                                    • Parameter Study typical case
                                                                                                    • Slide 59
                                                                                                    • Parameter Study BX strong
                                                                                                    • Slide 61
                                                                                                    • Parameter Study BX weak
                                                                                                    • Slide 63
                                                                                                    • Parameter Study (7)
                                                                                                    • Parameter Study q weak
                                                                                                    • Slide 66
                                                                                                    • 3-1 Setup and Results
                                                                                                    • Setup
                                                                                                    • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                    • Appendix
                                                                                                    • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                    • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                    • 2-1 2D calculations
                                                                                                    • Slide 74
                                                                                                    • Deceleration near the Surface
                                                                                                    • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                    • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                    • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                    • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                    • Summary of 3D Work
                                                                                                    • Observation
                                                                                                    • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                    • Results
                                                                                                    • Results (2)
                                                                                                    • Results (3)
                                                                                                    • Results (4)
                                                                                                    • Results (5)
                                                                                                    • Large-scale 3D calculation
                                                                                                    • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                    • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                    • Observation (2)
                                                                                                    • イントロダクション
                                                                                                    • 数値モデル
                                                                                                    • 議論とまとめ
                                                                                                    • 議論とまとめ (2)
                                                                                                    • 太陽と磁場
                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                    • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                    • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                    • 対流層内部における近似計算
                                                                                                    • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                    • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                    • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                    • 光球付近での減速機構
                                                                                                    • 本研究の目的 (12)
                                                                                                    • 本研究の目的 (22)
                                                                                                    • 本研究の目的 (4)
                                                                                                    • 数値モデル (2)
                                                                                                    • 数値モデル (22)
                                                                                                    • 数値モデル (23)
                                                                                                    • 数値モデル (24)
                                                                                                    • 数値モデル (14)
                                                                                                    • 減速の物理 (34)
                                                                                                    • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                    • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                    • 5 パラメータ研究
                                                                                                    • パラメータ研究 (111)
                                                                                                    • パラメータ研究 (211)
                                                                                                    • パラメータ研究 (311)
                                                                                                    • パラメータ研究 (511)
                                                                                                    • パラメータ研究 (611)
                                                                                                    • パラメータ研究 (711)
                                                                                                    • パラメータ研究 (811)
                                                                                                    • パラメータ研究 (911)
                                                                                                    • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                    • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                    • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                    • Resistive Emergence Model
                                                                                                    • Preceding Studies(13)
                                                                                                    • Preceding Studies(23)
                                                                                                    • Preceding Studies(33)
                                                                                                    • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                    • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                    • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                    • Setup and Results
                                                                                                    • セットアップと計算結果
                                                                                                    • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                      Parameter Survey

                                                                                                      Two-step emergencebullCases 1 and 7 are profitablebullphotospheric field strength ~1500 Grarr actual active regions are likely to have undergone the two-step emergence

                                                                                                      51

                                                                                                      Parameter Survey

                                                                                                      times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                                                                      52

                                                                                                      Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                                      53

                                                                                                      Density field lines and velocity vectors

                                                                                                      Parameter Survey

                                                                                                      times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                                                                      54

                                                                                                      Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                                      55

                                                                                                      Density field lines and velocity vectors

                                                                                                      Parameter Study

                                                                                                      Varying

                                                                                                      Field strength BX

                                                                                                      Initial twist q

                                                                                                      to study the condition of the flux emergence

                                                                                                      Initial twist q

                                                                                                      Field strength BX

                                                                                                      56

                                                                                                      Parameter Study

                                                                                                      Varying axial field strength BX

                                                                                                      57

                                                                                                      Parameter Study typical case

                                                                                                      Varying axial field strength BX

                                                                                                      58

                                                                                                      59

                                                                                                      Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                      Parameter Study typical case

                                                                                                      Parameter Study BX strong

                                                                                                      Varying axial field strength BX

                                                                                                      60

                                                                                                      61

                                                                                                      Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                      Parameter Study BX strong

                                                                                                      Parameter Study BX weak

                                                                                                      Varying axial field strength BX

                                                                                                      62

                                                                                                      63

                                                                                                      Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                      Parameter Study BX weak

                                                                                                      Parameter Study

                                                                                                      Varying initial twist q

                                                                                                      64

                                                                                                      Parameter Study q weak

                                                                                                      Varying initial twist q

                                                                                                      65

                                                                                                      66

                                                                                                      Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                      Parameter Study q weak

                                                                                                      3-1 Setup and Results

                                                                                                      67

                                                                                                      Setup

                                                                                                      Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                                      qH0=01 case rarr

                                                                                                      68

                                                                                                      rqrBrB x

                                                                                                      2

                                                                                                      tube

                                                                                                      2

                                                                                                      tube expR

                                                                                                      rBrBx

                                                                                                      3-2 Summary of 3D Work

                                                                                                      69

                                                                                                      Appendix

                                                                                                      70

                                                                                                      Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                      71

                                                                                                      North Pole

                                                                                                      Equator

                                                                                                      Convection Zone

                                                                                                      Radiative Zone

                                                                                                      Core

                                                                                                      Zwaan (1985)

                                                                                                      Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                      Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                                      (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                                      72

                                                                                                      North Pole

                                                                                                      Equator

                                                                                                      Convection Zone

                                                                                                      Radiative Zone

                                                                                                      Core

                                                                                                      2-1 2D calculations

                                                                                                      73

                                                                                                      Apex of the Emerging Loop

                                                                                                      Height Zapex

                                                                                                      Rise Velocity VZapex

                                                                                                      Surfacerarr

                                                                                                      74

                                                                                                      -20000 kmrarr

                                                                                                      Axial Calculation Results

                                                                                                      Magneticflux

                                                                                                      Accumulateddensity

                                                                                                      Magneticflux

                                                                                                      Accumulateddensity

                                                                                                      Accumulateddensity

                                                                                                      Magneticflux

                                                                                                      Deceleration near the Surface

                                                                                                      Accumulated density

                                                                                                      75

                                                                                                      0 t

                                                                                                      2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                      76

                                                                                                      2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                      77

                                                                                                      2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                      78

                                                                                                      Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                      79

                                                                                                      Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                      80

                                                                                                      Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                      81

                                                                                                      Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                      Logarithmic density

                                                                                                      Summary of 3D Work

                                                                                                      Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                      Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                      82

                                                                                                      Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                      decelerates and

                                                                                                      expands horizontally

                                                                                                      Otsuji et al (2010)83

                                                                                                      Observation

                                                                                                      Results qH0=005 (failed)

                                                                                                      84

                                                                                                      Results

                                                                                                      Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                      85

                                                                                                      q large

                                                                                                      q small

                                                                                                      Results

                                                                                                      Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                      86

                                                                                                      Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                      Results

                                                                                                      Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                      87

                                                                                                      Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                      Results

                                                                                                      Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                      q large obeys the initial

                                                                                                      q2 law because the tube

                                                                                                      keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                      because it takes more time

                                                                                                      to emerge to the corona

                                                                                                      and Emag is stored in the

                                                                                                      photospheric tongue 88

                                                                                                      dVB

                                                                                                      Ez

                                                                                                      0

                                                                                                      2

                                                                                                      mag 8

                                                                                                      Results

                                                                                                      Cross-section when

                                                                                                      the apex reaches zH0=40

                                                                                                      89

                                                                                                      Large-scale 3D calculation

                                                                                                      Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                      90

                                                                                                      Large-scale 3D calculation

                                                                                                      Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                      91

                                                                                                      Large-scale 3D calculation

                                                                                                      Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                      92

                                                                                                      Observation

                                                                                                      Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                      decelerates and

                                                                                                      expands horizontally

                                                                                                      Otsuji et al (2010)93

                                                                                                      イントロダクション

                                                                                                      ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                      考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                      (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                      94

                                                                                                      数値モデル

                                                                                                      初期磁束管 exp型分布

                                                                                                      ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                      磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                      磁束管の内部圧力を

                                                                                                        と表すこのとき force balance

                                                                                                       が保たれるよう

                                                                                                       とする

                                                                                                      rqrBrB x

                                                                                                      2

                                                                                                      tube

                                                                                                      2

                                                                                                      tube expR

                                                                                                      rBrBx

                                                                                                      r

                                                                                                      BBB

                                                                                                      dr

                                                                                                      d

                                                                                                      dr

                                                                                                      dp x

                                                                                                      48

                                                                                                      222

                                                                                                      exc

                                                                                                      222

                                                                                                      tube2exc 1

                                                                                                      28

                                                                                                      1xBr

                                                                                                      Rqp

                                                                                                      rpzpzyp excsi

                                                                                                      B

                                                                                                      x

                                                                                                      r

                                                                                                      B

                                                                                                      BX

                                                                                                      2πr

                                                                                                      95

                                                                                                      議論とまとめ

                                                                                                      結果の比較

                                                                                                      物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                      初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                      総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                      初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                      磁束管の半径 1000 km

                                                                                                      初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                      1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                      減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                      96

                                                                                                      断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                      議論とまとめ

                                                                                                      3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                      軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                      総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                      考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                      倍 )

                                                                                                      将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                      97

                                                                                                      1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                      太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                      太陽と磁場

                                                                                                      Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                      98

                                                                                                      活動領域と浮上磁場

                                                                                                      活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                      磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                      太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                      Zwaan (1985)

                                                                                                      Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                      99

                                                                                                      磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                      磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                      る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                      Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                      内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                      外圧 Pe

                                                                                                      ggf ieb )(

                                                                                                      100

                                                                                                      活動領域と浮上磁場

                                                                                                      AR 10926

                                                                                                      101

                                                                                                      磁束浮上シミュレーション

                                                                                                      磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                      102

                                                                                                      対流層内部における近似計算

                                                                                                      ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                      た 細管近似

                                                                                                      対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                      物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                      Caligari et al (1995)

                                                                                                      103

                                                                                                      対流層内部における近似計算

                                                                                                      非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                      大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                      中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                      Fan (2001a)104

                                                                                                      対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                      しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                      細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                      したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                      105

                                                                                                      浮上磁場シミュレーション

                                                                                                      光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                      的にコロナへ浮上

                                                                                                      対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                      Shibata et al (1989) 106

                                                                                                      光球付近での減速機構

                                                                                                      光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                      Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                      Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                      Magara (2001)

                                                                                                      107

                                                                                                      本研究の目的 (12)

                                                                                                      上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                      しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                      対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                      しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                      したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                      108

                                                                                                      本研究の目的 (22)

                                                                                                      そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                      対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                      典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                      典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                      本研究の目的

                                                                                                      減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                      2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                      典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                      典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                      数値モデル

                                                                                                      初期条件

                                                                                                      xH-400 0 400

                                                                                                      zH

                                                                                                      200

                                                                                                      100

                                                                                                      -200

                                                                                                      -100

                                                                                                      NX timesNZ

                                                                                                      =1536times1920

                                                                                                      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                      磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                      磁束の深さ -20000 km

                                                                                                      光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                      111

                                                                                                      LX = 16 万 km

                                                                                                      LZ = 8 万 km

                                                                                                      数値モデル (22)

                                                                                                      対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                      無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                      速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                      時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                      密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                      圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                      温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                      磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                      数値モデル (23)

                                                                                                      初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                      磁場BX

                                                                                                      密度ρ

                                                                                                      圧力 p

                                                                                                      温度 T

                                                                                                      対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                      113

                                                                                                      数値モデル (24)

                                                                                                      境界条件

                                                                                                      -400 0 400

                                                                                                      200

                                                                                                      100

                                                                                                      -200

                                                                                                      -100

                                                                                                      周期境界 対称境界

                                                                                                      減衰領域

                                                                                                      x H0

                                                                                                      z H0

                                                                                                      114

                                                                                                      数値モデル (14)

                                                                                                      初期条件

                                                                                                      x H0

                                                                                                      -400 0 400

                                                                                                      z H0

                                                                                                      200

                                                                                                      100

                                                                                                      -200

                                                                                                      -100

                                                                                                      NZ=1920

                                                                                                      NX=1536

                                                                                                      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                      width D

                                                                                                      z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                      115

                                                                                                      減速の物理 (34)

                                                                                                      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                      116

                                                                                                      減速の物理 (34)

                                                                                                      磁束シート上のプラズマ

                                                                                                      シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                      磁束シートの浮上

                                                                                                      磁束シートが平らになる

                                                                                                      減速

                                                                                                      117

                                                                                                      光球付近における減速

                                                                                                      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                      磁場

                                                                                                      密度差

                                                                                                      磁場

                                                                                                      密度差密度差

                                                                                                      磁場

                                                                                                      118

                                                                                                      5 パラメータ研究

                                                                                                      119

                                                                                                      パラメータ研究 (111)

                                                                                                      磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                      総磁束量 Φ

                                                                                                      を変えた計算を行った

                                                                                                      総磁束量 Φ

                                                                                                      磁場強度 BX

                                                                                                      120

                                                                                                      パラメータ研究 (211)

                                                                                                      2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                      点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                      121

                                                                                                      パラメータ研究 (311)

                                                                                                      減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                      122

                                                                                                      パラメータ研究 (511)

                                                                                                      2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                      123

                                                                                                      パラメータ研究 (611)

                                                                                                      2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                      124

                                                                                                      パラメータ研究 (711)

                                                                                                      times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                      125

                                                                                                      パラメータ研究 (811)

                                                                                                      密度磁力線速度場126

                                                                                                      パラメータ研究 (911)

                                                                                                      対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                      EmagEkin lt 1

                                                                                                      127

                                                                                                      パラメータ研究 (1011)

                                                                                                      times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                      軸方向計算のまとめ

                                                                                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                      減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                      129

                                                                                                      断面方向計算のまとめ

                                                                                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                      減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                      130

                                                                                                      Resistive Emergence Model

                                                                                                      Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                      observations Isobe et al (2007)

                                                                                                      2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                      3D simulations131

                                                                                                      Preceding Studies(13)

                                                                                                      Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                      force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                      that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                      132

                                                                                                      Preceding Studies(23)

                                                                                                      Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                      persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                      133

                                                                                                      Preceding Studies(33)

                                                                                                      Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                      gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                      Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                      zzz pF BJg

                                                                                                      134

                                                                                                      Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                      135

                                                                                                      Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                      Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                      magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                       rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                       rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                       rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                      Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                      136

                                                                                                      3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                      137

                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                      Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                      138

                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                      Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                      twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                      139

                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                      Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                      emerged

                                                                                                      q large direct emergence without a tongue

                                                                                                      q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                      140

                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                      Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                      141

                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                      Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                      Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                      142

                                                                                                      Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                      Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                      Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                      Radius Rtube 5 25

                                                                                                      Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                      Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                      Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                      Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                      Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                      plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                      at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                      143

                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                      Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                      on the initial twist q

                                                                                                      q large direct emergence

                                                                                                        Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                        Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                      144

                                                                                                      dVB

                                                                                                      E corona

                                                                                                      2

                                                                                                      mag 8

                                                                                                      Setup and Results

                                                                                                      Conditions

                                                                                                      q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                      145

                                                                                                      Our case Murray et al (2006)

                                                                                                      Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                      Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                      Radius Rtube 25 25

                                                                                                      Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                      Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                      Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                      Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                      セットアップと計算結果

                                                                                                      結果 (x=0)

                                                                                                      146

                                                                                                      セットアップと計算結果

                                                                                                      結果 (y=0)

                                                                                                      147

                                                                                                      • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                      • 内容
                                                                                                      • 内容 (2)
                                                                                                      • 太陽活動と磁場
                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                      • 先行研究の概観
                                                                                                      • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                      • 本研究の目的
                                                                                                      • 内容 (3)
                                                                                                      • 2次元計算2つのモード
                                                                                                      • 内容 (4)
                                                                                                      • 2次元軸方向計算
                                                                                                      • Slide 16
                                                                                                      • 光球付近における減速
                                                                                                      • パラメータ研究
                                                                                                      • 内容 (5)
                                                                                                      • 25次元断面方向計算
                                                                                                      • Slide 21
                                                                                                      • パラメータ研究 (2)
                                                                                                      • 2次元計算のまとめ
                                                                                                      • 内容 (6)
                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                      • 内容 (7)
                                                                                                      • まとめ
                                                                                                      • 今後の課題
                                                                                                      • Fin
                                                                                                      • 1 Introduction
                                                                                                      • 2 Previous 2D Works
                                                                                                      • 3 3D Calculation
                                                                                                      • 4 Summary and Future Works
                                                                                                      • 4 What to Study in HAO
                                                                                                      • What to Study in HAO
                                                                                                      • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                      • Parameter Study
                                                                                                      • Parameter Study (2)
                                                                                                      • Parameter Study (3)
                                                                                                      • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                      • Parameter Study (4)
                                                                                                      • Parameter Survey
                                                                                                      • Parameter Survey (2)
                                                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                      • Parameter Survey (3)
                                                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                      • Parameter Study (5)
                                                                                                      • Parameter Study (6)
                                                                                                      • Parameter Study typical case
                                                                                                      • Slide 59
                                                                                                      • Parameter Study BX strong
                                                                                                      • Slide 61
                                                                                                      • Parameter Study BX weak
                                                                                                      • Slide 63
                                                                                                      • Parameter Study (7)
                                                                                                      • Parameter Study q weak
                                                                                                      • Slide 66
                                                                                                      • 3-1 Setup and Results
                                                                                                      • Setup
                                                                                                      • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                      • Appendix
                                                                                                      • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                      • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                      • 2-1 2D calculations
                                                                                                      • Slide 74
                                                                                                      • Deceleration near the Surface
                                                                                                      • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                      • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                      • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                      • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                      • Summary of 3D Work
                                                                                                      • Observation
                                                                                                      • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                      • Results
                                                                                                      • Results (2)
                                                                                                      • Results (3)
                                                                                                      • Results (4)
                                                                                                      • Results (5)
                                                                                                      • Large-scale 3D calculation
                                                                                                      • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                      • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                      • Observation (2)
                                                                                                      • イントロダクション
                                                                                                      • 数値モデル
                                                                                                      • 議論とまとめ
                                                                                                      • 議論とまとめ (2)
                                                                                                      • 太陽と磁場
                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                      • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                      • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                      • 対流層内部における近似計算
                                                                                                      • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                      • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                      • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                      • 光球付近での減速機構
                                                                                                      • 本研究の目的 (12)
                                                                                                      • 本研究の目的 (22)
                                                                                                      • 本研究の目的 (4)
                                                                                                      • 数値モデル (2)
                                                                                                      • 数値モデル (22)
                                                                                                      • 数値モデル (23)
                                                                                                      • 数値モデル (24)
                                                                                                      • 数値モデル (14)
                                                                                                      • 減速の物理 (34)
                                                                                                      • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                      • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                      • 5 パラメータ研究
                                                                                                      • パラメータ研究 (111)
                                                                                                      • パラメータ研究 (211)
                                                                                                      • パラメータ研究 (311)
                                                                                                      • パラメータ研究 (511)
                                                                                                      • パラメータ研究 (611)
                                                                                                      • パラメータ研究 (711)
                                                                                                      • パラメータ研究 (811)
                                                                                                      • パラメータ研究 (911)
                                                                                                      • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                      • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                      • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                      • Resistive Emergence Model
                                                                                                      • Preceding Studies(13)
                                                                                                      • Preceding Studies(23)
                                                                                                      • Preceding Studies(33)
                                                                                                      • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                      • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                      • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                      • Setup and Results
                                                                                                      • セットアップと計算結果
                                                                                                      • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                        Parameter Survey

                                                                                                        times Failed emergencebullCases 9-14 are so weak that they cannot rise further

                                                                                                        52

                                                                                                        Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                                        53

                                                                                                        Density field lines and velocity vectors

                                                                                                        Parameter Survey

                                                                                                        times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                                                                        54

                                                                                                        Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                                        55

                                                                                                        Density field lines and velocity vectors

                                                                                                        Parameter Study

                                                                                                        Varying

                                                                                                        Field strength BX

                                                                                                        Initial twist q

                                                                                                        to study the condition of the flux emergence

                                                                                                        Initial twist q

                                                                                                        Field strength BX

                                                                                                        56

                                                                                                        Parameter Study

                                                                                                        Varying axial field strength BX

                                                                                                        57

                                                                                                        Parameter Study typical case

                                                                                                        Varying axial field strength BX

                                                                                                        58

                                                                                                        59

                                                                                                        Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                        Parameter Study typical case

                                                                                                        Parameter Study BX strong

                                                                                                        Varying axial field strength BX

                                                                                                        60

                                                                                                        61

                                                                                                        Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                        Parameter Study BX strong

                                                                                                        Parameter Study BX weak

                                                                                                        Varying axial field strength BX

                                                                                                        62

                                                                                                        63

                                                                                                        Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                        Parameter Study BX weak

                                                                                                        Parameter Study

                                                                                                        Varying initial twist q

                                                                                                        64

                                                                                                        Parameter Study q weak

                                                                                                        Varying initial twist q

                                                                                                        65

                                                                                                        66

                                                                                                        Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                        Parameter Study q weak

                                                                                                        3-1 Setup and Results

                                                                                                        67

                                                                                                        Setup

                                                                                                        Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                                        qH0=01 case rarr

                                                                                                        68

                                                                                                        rqrBrB x

                                                                                                        2

                                                                                                        tube

                                                                                                        2

                                                                                                        tube expR

                                                                                                        rBrBx

                                                                                                        3-2 Summary of 3D Work

                                                                                                        69

                                                                                                        Appendix

                                                                                                        70

                                                                                                        Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                        71

                                                                                                        North Pole

                                                                                                        Equator

                                                                                                        Convection Zone

                                                                                                        Radiative Zone

                                                                                                        Core

                                                                                                        Zwaan (1985)

                                                                                                        Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                        Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                                        (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                                        72

                                                                                                        North Pole

                                                                                                        Equator

                                                                                                        Convection Zone

                                                                                                        Radiative Zone

                                                                                                        Core

                                                                                                        2-1 2D calculations

                                                                                                        73

                                                                                                        Apex of the Emerging Loop

                                                                                                        Height Zapex

                                                                                                        Rise Velocity VZapex

                                                                                                        Surfacerarr

                                                                                                        74

                                                                                                        -20000 kmrarr

                                                                                                        Axial Calculation Results

                                                                                                        Magneticflux

                                                                                                        Accumulateddensity

                                                                                                        Magneticflux

                                                                                                        Accumulateddensity

                                                                                                        Accumulateddensity

                                                                                                        Magneticflux

                                                                                                        Deceleration near the Surface

                                                                                                        Accumulated density

                                                                                                        75

                                                                                                        0 t

                                                                                                        2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                        76

                                                                                                        2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                        77

                                                                                                        2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                        78

                                                                                                        Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                        79

                                                                                                        Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                        80

                                                                                                        Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                        81

                                                                                                        Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                        Logarithmic density

                                                                                                        Summary of 3D Work

                                                                                                        Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                        Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                        82

                                                                                                        Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                        decelerates and

                                                                                                        expands horizontally

                                                                                                        Otsuji et al (2010)83

                                                                                                        Observation

                                                                                                        Results qH0=005 (failed)

                                                                                                        84

                                                                                                        Results

                                                                                                        Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                        85

                                                                                                        q large

                                                                                                        q small

                                                                                                        Results

                                                                                                        Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                        86

                                                                                                        Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                        Results

                                                                                                        Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                        87

                                                                                                        Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                        Results

                                                                                                        Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                        q large obeys the initial

                                                                                                        q2 law because the tube

                                                                                                        keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                        because it takes more time

                                                                                                        to emerge to the corona

                                                                                                        and Emag is stored in the

                                                                                                        photospheric tongue 88

                                                                                                        dVB

                                                                                                        Ez

                                                                                                        0

                                                                                                        2

                                                                                                        mag 8

                                                                                                        Results

                                                                                                        Cross-section when

                                                                                                        the apex reaches zH0=40

                                                                                                        89

                                                                                                        Large-scale 3D calculation

                                                                                                        Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                        90

                                                                                                        Large-scale 3D calculation

                                                                                                        Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                        91

                                                                                                        Large-scale 3D calculation

                                                                                                        Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                        92

                                                                                                        Observation

                                                                                                        Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                        decelerates and

                                                                                                        expands horizontally

                                                                                                        Otsuji et al (2010)93

                                                                                                        イントロダクション

                                                                                                        ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                        考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                        (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                        94

                                                                                                        数値モデル

                                                                                                        初期磁束管 exp型分布

                                                                                                        ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                        磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                        磁束管の内部圧力を

                                                                                                          と表すこのとき force balance

                                                                                                         が保たれるよう

                                                                                                         とする

                                                                                                        rqrBrB x

                                                                                                        2

                                                                                                        tube

                                                                                                        2

                                                                                                        tube expR

                                                                                                        rBrBx

                                                                                                        r

                                                                                                        BBB

                                                                                                        dr

                                                                                                        d

                                                                                                        dr

                                                                                                        dp x

                                                                                                        48

                                                                                                        222

                                                                                                        exc

                                                                                                        222

                                                                                                        tube2exc 1

                                                                                                        28

                                                                                                        1xBr

                                                                                                        Rqp

                                                                                                        rpzpzyp excsi

                                                                                                        B

                                                                                                        x

                                                                                                        r

                                                                                                        B

                                                                                                        BX

                                                                                                        2πr

                                                                                                        95

                                                                                                        議論とまとめ

                                                                                                        結果の比較

                                                                                                        物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                        初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                        総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                        初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                        磁束管の半径 1000 km

                                                                                                        初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                        1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                        減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                        96

                                                                                                        断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                        議論とまとめ

                                                                                                        3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                        軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                        総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                        考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                        倍 )

                                                                                                        将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                        97

                                                                                                        1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                        太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                        太陽と磁場

                                                                                                        Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                        98

                                                                                                        活動領域と浮上磁場

                                                                                                        活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                        磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                        太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                        Zwaan (1985)

                                                                                                        Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                        99

                                                                                                        磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                        磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                        る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                        Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                        内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                        外圧 Pe

                                                                                                        ggf ieb )(

                                                                                                        100

                                                                                                        活動領域と浮上磁場

                                                                                                        AR 10926

                                                                                                        101

                                                                                                        磁束浮上シミュレーション

                                                                                                        磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                        102

                                                                                                        対流層内部における近似計算

                                                                                                        ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                        た 細管近似

                                                                                                        対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                        物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                        Caligari et al (1995)

                                                                                                        103

                                                                                                        対流層内部における近似計算

                                                                                                        非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                        大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                        中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                        Fan (2001a)104

                                                                                                        対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                        しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                        細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                        したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                        105

                                                                                                        浮上磁場シミュレーション

                                                                                                        光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                        的にコロナへ浮上

                                                                                                        対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                        Shibata et al (1989) 106

                                                                                                        光球付近での減速機構

                                                                                                        光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                        Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                        Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                        Magara (2001)

                                                                                                        107

                                                                                                        本研究の目的 (12)

                                                                                                        上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                        しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                        対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                        しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                        したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                        108

                                                                                                        本研究の目的 (22)

                                                                                                        そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                        対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                        典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                        典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                        本研究の目的

                                                                                                        減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                        2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                        典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                        典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                        数値モデル

                                                                                                        初期条件

                                                                                                        xH-400 0 400

                                                                                                        zH

                                                                                                        200

                                                                                                        100

                                                                                                        -200

                                                                                                        -100

                                                                                                        NX timesNZ

                                                                                                        =1536times1920

                                                                                                        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                        磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                        磁束の深さ -20000 km

                                                                                                        光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                        111

                                                                                                        LX = 16 万 km

                                                                                                        LZ = 8 万 km

                                                                                                        数値モデル (22)

                                                                                                        対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                        無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                        速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                        時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                        密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                        圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                        温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                        磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                        数値モデル (23)

                                                                                                        初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                        磁場BX

                                                                                                        密度ρ

                                                                                                        圧力 p

                                                                                                        温度 T

                                                                                                        対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                        113

                                                                                                        数値モデル (24)

                                                                                                        境界条件

                                                                                                        -400 0 400

                                                                                                        200

                                                                                                        100

                                                                                                        -200

                                                                                                        -100

                                                                                                        周期境界 対称境界

                                                                                                        減衰領域

                                                                                                        x H0

                                                                                                        z H0

                                                                                                        114

                                                                                                        数値モデル (14)

                                                                                                        初期条件

                                                                                                        x H0

                                                                                                        -400 0 400

                                                                                                        z H0

                                                                                                        200

                                                                                                        100

                                                                                                        -200

                                                                                                        -100

                                                                                                        NZ=1920

                                                                                                        NX=1536

                                                                                                        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                        width D

                                                                                                        z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                        115

                                                                                                        減速の物理 (34)

                                                                                                        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                        116

                                                                                                        減速の物理 (34)

                                                                                                        磁束シート上のプラズマ

                                                                                                        シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                        磁束シートの浮上

                                                                                                        磁束シートが平らになる

                                                                                                        減速

                                                                                                        117

                                                                                                        光球付近における減速

                                                                                                        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                        磁場

                                                                                                        密度差

                                                                                                        磁場

                                                                                                        密度差密度差

                                                                                                        磁場

                                                                                                        118

                                                                                                        5 パラメータ研究

                                                                                                        119

                                                                                                        パラメータ研究 (111)

                                                                                                        磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                        総磁束量 Φ

                                                                                                        を変えた計算を行った

                                                                                                        総磁束量 Φ

                                                                                                        磁場強度 BX

                                                                                                        120

                                                                                                        パラメータ研究 (211)

                                                                                                        2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                        点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                        121

                                                                                                        パラメータ研究 (311)

                                                                                                        減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                        122

                                                                                                        パラメータ研究 (511)

                                                                                                        2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                        123

                                                                                                        パラメータ研究 (611)

                                                                                                        2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                        124

                                                                                                        パラメータ研究 (711)

                                                                                                        times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                        125

                                                                                                        パラメータ研究 (811)

                                                                                                        密度磁力線速度場126

                                                                                                        パラメータ研究 (911)

                                                                                                        対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                        EmagEkin lt 1

                                                                                                        127

                                                                                                        パラメータ研究 (1011)

                                                                                                        times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                        軸方向計算のまとめ

                                                                                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                        減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                        129

                                                                                                        断面方向計算のまとめ

                                                                                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                        減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                        130

                                                                                                        Resistive Emergence Model

                                                                                                        Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                        observations Isobe et al (2007)

                                                                                                        2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                        3D simulations131

                                                                                                        Preceding Studies(13)

                                                                                                        Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                        force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                        that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                        132

                                                                                                        Preceding Studies(23)

                                                                                                        Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                        persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                        133

                                                                                                        Preceding Studies(33)

                                                                                                        Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                        gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                        Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                        zzz pF BJg

                                                                                                        134

                                                                                                        Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                        135

                                                                                                        Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                        Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                        magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                         rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                         rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                         rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                        Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                        136

                                                                                                        3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                        137

                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                        Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                        138

                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                        Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                        twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                        139

                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                        Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                        emerged

                                                                                                        q large direct emergence without a tongue

                                                                                                        q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                        140

                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                        Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                        141

                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                        Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                        Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                        142

                                                                                                        Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                        Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                        Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                        Radius Rtube 5 25

                                                                                                        Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                        Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                        Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                        Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                        Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                        plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                        at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                        143

                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                        Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                        on the initial twist q

                                                                                                        q large direct emergence

                                                                                                          Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                          Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                        144

                                                                                                        dVB

                                                                                                        E corona

                                                                                                        2

                                                                                                        mag 8

                                                                                                        Setup and Results

                                                                                                        Conditions

                                                                                                        q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                        145

                                                                                                        Our case Murray et al (2006)

                                                                                                        Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                        Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                        Radius Rtube 25 25

                                                                                                        Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                        Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                        Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                        Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                        セットアップと計算結果

                                                                                                        結果 (x=0)

                                                                                                        146

                                                                                                        セットアップと計算結果

                                                                                                        結果 (y=0)

                                                                                                        147

                                                                                                        • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                        • 内容
                                                                                                        • 内容 (2)
                                                                                                        • 太陽活動と磁場
                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                        • 先行研究の概観
                                                                                                        • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                        • 本研究の目的
                                                                                                        • 内容 (3)
                                                                                                        • 2次元計算2つのモード
                                                                                                        • 内容 (4)
                                                                                                        • 2次元軸方向計算
                                                                                                        • Slide 16
                                                                                                        • 光球付近における減速
                                                                                                        • パラメータ研究
                                                                                                        • 内容 (5)
                                                                                                        • 25次元断面方向計算
                                                                                                        • Slide 21
                                                                                                        • パラメータ研究 (2)
                                                                                                        • 2次元計算のまとめ
                                                                                                        • 内容 (6)
                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                        • 内容 (7)
                                                                                                        • まとめ
                                                                                                        • 今後の課題
                                                                                                        • Fin
                                                                                                        • 1 Introduction
                                                                                                        • 2 Previous 2D Works
                                                                                                        • 3 3D Calculation
                                                                                                        • 4 Summary and Future Works
                                                                                                        • 4 What to Study in HAO
                                                                                                        • What to Study in HAO
                                                                                                        • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                        • Parameter Study
                                                                                                        • Parameter Study (2)
                                                                                                        • Parameter Study (3)
                                                                                                        • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                        • Parameter Study (4)
                                                                                                        • Parameter Survey
                                                                                                        • Parameter Survey (2)
                                                                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                        • Parameter Survey (3)
                                                                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                        • Parameter Study (5)
                                                                                                        • Parameter Study (6)
                                                                                                        • Parameter Study typical case
                                                                                                        • Slide 59
                                                                                                        • Parameter Study BX strong
                                                                                                        • Slide 61
                                                                                                        • Parameter Study BX weak
                                                                                                        • Slide 63
                                                                                                        • Parameter Study (7)
                                                                                                        • Parameter Study q weak
                                                                                                        • Slide 66
                                                                                                        • 3-1 Setup and Results
                                                                                                        • Setup
                                                                                                        • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                        • Appendix
                                                                                                        • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                        • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                        • 2-1 2D calculations
                                                                                                        • Slide 74
                                                                                                        • Deceleration near the Surface
                                                                                                        • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                        • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                        • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                        • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                        • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                        • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                        • Summary of 3D Work
                                                                                                        • Observation
                                                                                                        • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                        • Results
                                                                                                        • Results (2)
                                                                                                        • Results (3)
                                                                                                        • Results (4)
                                                                                                        • Results (5)
                                                                                                        • Large-scale 3D calculation
                                                                                                        • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                        • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                        • Observation (2)
                                                                                                        • イントロダクション
                                                                                                        • 数値モデル
                                                                                                        • 議論とまとめ
                                                                                                        • 議論とまとめ (2)
                                                                                                        • 太陽と磁場
                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                        • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                        • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                        • 対流層内部における近似計算
                                                                                                        • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                        • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                        • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                        • 光球付近での減速機構
                                                                                                        • 本研究の目的 (12)
                                                                                                        • 本研究の目的 (22)
                                                                                                        • 本研究の目的 (4)
                                                                                                        • 数値モデル (2)
                                                                                                        • 数値モデル (22)
                                                                                                        • 数値モデル (23)
                                                                                                        • 数値モデル (24)
                                                                                                        • 数値モデル (14)
                                                                                                        • 減速の物理 (34)
                                                                                                        • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                        • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                        • 5 パラメータ研究
                                                                                                        • パラメータ研究 (111)
                                                                                                        • パラメータ研究 (211)
                                                                                                        • パラメータ研究 (311)
                                                                                                        • パラメータ研究 (511)
                                                                                                        • パラメータ研究 (611)
                                                                                                        • パラメータ研究 (711)
                                                                                                        • パラメータ研究 (811)
                                                                                                        • パラメータ研究 (911)
                                                                                                        • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                        • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                        • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                        • Resistive Emergence Model
                                                                                                        • Preceding Studies(13)
                                                                                                        • Preceding Studies(23)
                                                                                                        • Preceding Studies(33)
                                                                                                        • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                        • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                        • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                        • Setup and Results
                                                                                                        • セットアップと計算結果
                                                                                                        • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                          Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                                          53

                                                                                                          Density field lines and velocity vectors

                                                                                                          Parameter Survey

                                                                                                          times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                                                                          54

                                                                                                          Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                                          55

                                                                                                          Density field lines and velocity vectors

                                                                                                          Parameter Study

                                                                                                          Varying

                                                                                                          Field strength BX

                                                                                                          Initial twist q

                                                                                                          to study the condition of the flux emergence

                                                                                                          Initial twist q

                                                                                                          Field strength BX

                                                                                                          56

                                                                                                          Parameter Study

                                                                                                          Varying axial field strength BX

                                                                                                          57

                                                                                                          Parameter Study typical case

                                                                                                          Varying axial field strength BX

                                                                                                          58

                                                                                                          59

                                                                                                          Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                          Parameter Study typical case

                                                                                                          Parameter Study BX strong

                                                                                                          Varying axial field strength BX

                                                                                                          60

                                                                                                          61

                                                                                                          Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                          Parameter Study BX strong

                                                                                                          Parameter Study BX weak

                                                                                                          Varying axial field strength BX

                                                                                                          62

                                                                                                          63

                                                                                                          Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                          Parameter Study BX weak

                                                                                                          Parameter Study

                                                                                                          Varying initial twist q

                                                                                                          64

                                                                                                          Parameter Study q weak

                                                                                                          Varying initial twist q

                                                                                                          65

                                                                                                          66

                                                                                                          Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                          Parameter Study q weak

                                                                                                          3-1 Setup and Results

                                                                                                          67

                                                                                                          Setup

                                                                                                          Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                                          qH0=01 case rarr

                                                                                                          68

                                                                                                          rqrBrB x

                                                                                                          2

                                                                                                          tube

                                                                                                          2

                                                                                                          tube expR

                                                                                                          rBrBx

                                                                                                          3-2 Summary of 3D Work

                                                                                                          69

                                                                                                          Appendix

                                                                                                          70

                                                                                                          Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                          71

                                                                                                          North Pole

                                                                                                          Equator

                                                                                                          Convection Zone

                                                                                                          Radiative Zone

                                                                                                          Core

                                                                                                          Zwaan (1985)

                                                                                                          Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                          Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                                          (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                                          72

                                                                                                          North Pole

                                                                                                          Equator

                                                                                                          Convection Zone

                                                                                                          Radiative Zone

                                                                                                          Core

                                                                                                          2-1 2D calculations

                                                                                                          73

                                                                                                          Apex of the Emerging Loop

                                                                                                          Height Zapex

                                                                                                          Rise Velocity VZapex

                                                                                                          Surfacerarr

                                                                                                          74

                                                                                                          -20000 kmrarr

                                                                                                          Axial Calculation Results

                                                                                                          Magneticflux

                                                                                                          Accumulateddensity

                                                                                                          Magneticflux

                                                                                                          Accumulateddensity

                                                                                                          Accumulateddensity

                                                                                                          Magneticflux

                                                                                                          Deceleration near the Surface

                                                                                                          Accumulated density

                                                                                                          75

                                                                                                          0 t

                                                                                                          2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                          76

                                                                                                          2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                          77

                                                                                                          2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                          78

                                                                                                          Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                          79

                                                                                                          Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                          80

                                                                                                          Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                          81

                                                                                                          Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                          Logarithmic density

                                                                                                          Summary of 3D Work

                                                                                                          Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                          Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                          82

                                                                                                          Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                          decelerates and

                                                                                                          expands horizontally

                                                                                                          Otsuji et al (2010)83

                                                                                                          Observation

                                                                                                          Results qH0=005 (failed)

                                                                                                          84

                                                                                                          Results

                                                                                                          Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                          85

                                                                                                          q large

                                                                                                          q small

                                                                                                          Results

                                                                                                          Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                          86

                                                                                                          Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                          Results

                                                                                                          Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                          87

                                                                                                          Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                          Results

                                                                                                          Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                          q large obeys the initial

                                                                                                          q2 law because the tube

                                                                                                          keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                          because it takes more time

                                                                                                          to emerge to the corona

                                                                                                          and Emag is stored in the

                                                                                                          photospheric tongue 88

                                                                                                          dVB

                                                                                                          Ez

                                                                                                          0

                                                                                                          2

                                                                                                          mag 8

                                                                                                          Results

                                                                                                          Cross-section when

                                                                                                          the apex reaches zH0=40

                                                                                                          89

                                                                                                          Large-scale 3D calculation

                                                                                                          Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                          90

                                                                                                          Large-scale 3D calculation

                                                                                                          Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                          91

                                                                                                          Large-scale 3D calculation

                                                                                                          Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                          92

                                                                                                          Observation

                                                                                                          Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                          decelerates and

                                                                                                          expands horizontally

                                                                                                          Otsuji et al (2010)93

                                                                                                          イントロダクション

                                                                                                          ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                          考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                          (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                          94

                                                                                                          数値モデル

                                                                                                          初期磁束管 exp型分布

                                                                                                          ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                          磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                          磁束管の内部圧力を

                                                                                                            と表すこのとき force balance

                                                                                                           が保たれるよう

                                                                                                           とする

                                                                                                          rqrBrB x

                                                                                                          2

                                                                                                          tube

                                                                                                          2

                                                                                                          tube expR

                                                                                                          rBrBx

                                                                                                          r

                                                                                                          BBB

                                                                                                          dr

                                                                                                          d

                                                                                                          dr

                                                                                                          dp x

                                                                                                          48

                                                                                                          222

                                                                                                          exc

                                                                                                          222

                                                                                                          tube2exc 1

                                                                                                          28

                                                                                                          1xBr

                                                                                                          Rqp

                                                                                                          rpzpzyp excsi

                                                                                                          B

                                                                                                          x

                                                                                                          r

                                                                                                          B

                                                                                                          BX

                                                                                                          2πr

                                                                                                          95

                                                                                                          議論とまとめ

                                                                                                          結果の比較

                                                                                                          物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                          初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                          総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                          初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                          磁束管の半径 1000 km

                                                                                                          初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                          1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                          減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                          96

                                                                                                          断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                          議論とまとめ

                                                                                                          3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                          軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                          総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                          考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                          倍 )

                                                                                                          将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                          97

                                                                                                          1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                          太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                          太陽と磁場

                                                                                                          Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                          98

                                                                                                          活動領域と浮上磁場

                                                                                                          活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                          磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                          太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                          Zwaan (1985)

                                                                                                          Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                          99

                                                                                                          磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                          磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                          る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                          Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                          内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                          外圧 Pe

                                                                                                          ggf ieb )(

                                                                                                          100

                                                                                                          活動領域と浮上磁場

                                                                                                          AR 10926

                                                                                                          101

                                                                                                          磁束浮上シミュレーション

                                                                                                          磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                          102

                                                                                                          対流層内部における近似計算

                                                                                                          ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                          た 細管近似

                                                                                                          対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                          物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                          Caligari et al (1995)

                                                                                                          103

                                                                                                          対流層内部における近似計算

                                                                                                          非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                          大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                          中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                          Fan (2001a)104

                                                                                                          対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                          しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                          細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                          したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                          105

                                                                                                          浮上磁場シミュレーション

                                                                                                          光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                          的にコロナへ浮上

                                                                                                          対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                          Shibata et al (1989) 106

                                                                                                          光球付近での減速機構

                                                                                                          光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                          Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                          Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                          Magara (2001)

                                                                                                          107

                                                                                                          本研究の目的 (12)

                                                                                                          上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                          しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                          対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                          しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                          したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                          108

                                                                                                          本研究の目的 (22)

                                                                                                          そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                          対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                          典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                          典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                          本研究の目的

                                                                                                          減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                          2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                          典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                          典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                          数値モデル

                                                                                                          初期条件

                                                                                                          xH-400 0 400

                                                                                                          zH

                                                                                                          200

                                                                                                          100

                                                                                                          -200

                                                                                                          -100

                                                                                                          NX timesNZ

                                                                                                          =1536times1920

                                                                                                          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                          磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                          磁束の深さ -20000 km

                                                                                                          光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                          111

                                                                                                          LX = 16 万 km

                                                                                                          LZ = 8 万 km

                                                                                                          数値モデル (22)

                                                                                                          対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                          無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                          速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                          時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                          密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                          圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                          温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                          磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                          数値モデル (23)

                                                                                                          初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                          磁場BX

                                                                                                          密度ρ

                                                                                                          圧力 p

                                                                                                          温度 T

                                                                                                          対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                          113

                                                                                                          数値モデル (24)

                                                                                                          境界条件

                                                                                                          -400 0 400

                                                                                                          200

                                                                                                          100

                                                                                                          -200

                                                                                                          -100

                                                                                                          周期境界 対称境界

                                                                                                          減衰領域

                                                                                                          x H0

                                                                                                          z H0

                                                                                                          114

                                                                                                          数値モデル (14)

                                                                                                          初期条件

                                                                                                          x H0

                                                                                                          -400 0 400

                                                                                                          z H0

                                                                                                          200

                                                                                                          100

                                                                                                          -200

                                                                                                          -100

                                                                                                          NZ=1920

                                                                                                          NX=1536

                                                                                                          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                          width D

                                                                                                          z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                          115

                                                                                                          減速の物理 (34)

                                                                                                          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                          116

                                                                                                          減速の物理 (34)

                                                                                                          磁束シート上のプラズマ

                                                                                                          シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                          磁束シートの浮上

                                                                                                          磁束シートが平らになる

                                                                                                          減速

                                                                                                          117

                                                                                                          光球付近における減速

                                                                                                          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                          磁場

                                                                                                          密度差

                                                                                                          磁場

                                                                                                          密度差密度差

                                                                                                          磁場

                                                                                                          118

                                                                                                          5 パラメータ研究

                                                                                                          119

                                                                                                          パラメータ研究 (111)

                                                                                                          磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                          総磁束量 Φ

                                                                                                          を変えた計算を行った

                                                                                                          総磁束量 Φ

                                                                                                          磁場強度 BX

                                                                                                          120

                                                                                                          パラメータ研究 (211)

                                                                                                          2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                          点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                          121

                                                                                                          パラメータ研究 (311)

                                                                                                          減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                          122

                                                                                                          パラメータ研究 (511)

                                                                                                          2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                          123

                                                                                                          パラメータ研究 (611)

                                                                                                          2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                          124

                                                                                                          パラメータ研究 (711)

                                                                                                          times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                          125

                                                                                                          パラメータ研究 (811)

                                                                                                          密度磁力線速度場126

                                                                                                          パラメータ研究 (911)

                                                                                                          対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                          EmagEkin lt 1

                                                                                                          127

                                                                                                          パラメータ研究 (1011)

                                                                                                          times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                          軸方向計算のまとめ

                                                                                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                          減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                          129

                                                                                                          断面方向計算のまとめ

                                                                                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                          減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                          130

                                                                                                          Resistive Emergence Model

                                                                                                          Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                          observations Isobe et al (2007)

                                                                                                          2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                          3D simulations131

                                                                                                          Preceding Studies(13)

                                                                                                          Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                          force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                          that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                          132

                                                                                                          Preceding Studies(23)

                                                                                                          Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                          persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                          133

                                                                                                          Preceding Studies(33)

                                                                                                          Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                          gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                          Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                          zzz pF BJg

                                                                                                          134

                                                                                                          Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                          135

                                                                                                          Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                          Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                          magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                           rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                           rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                           rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                          Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                          136

                                                                                                          3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                          137

                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                          Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                          138

                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                          Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                          twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                          139

                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                          Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                          emerged

                                                                                                          q large direct emergence without a tongue

                                                                                                          q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                          140

                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                          Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                          141

                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                          Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                          Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                          142

                                                                                                          Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                          Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                          Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                          Radius Rtube 5 25

                                                                                                          Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                          Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                          Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                          Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                          Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                          plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                          at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                          143

                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                          Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                          on the initial twist q

                                                                                                          q large direct emergence

                                                                                                            Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                            Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                          144

                                                                                                          dVB

                                                                                                          E corona

                                                                                                          2

                                                                                                          mag 8

                                                                                                          Setup and Results

                                                                                                          Conditions

                                                                                                          q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                          145

                                                                                                          Our case Murray et al (2006)

                                                                                                          Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                          Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                          Radius Rtube 25 25

                                                                                                          Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                          Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                          Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                          Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                          セットアップと計算結果

                                                                                                          結果 (x=0)

                                                                                                          146

                                                                                                          セットアップと計算結果

                                                                                                          結果 (y=0)

                                                                                                          147

                                                                                                          • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                          • 内容
                                                                                                          • 内容 (2)
                                                                                                          • 太陽活動と磁場
                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                          • 先行研究の概観
                                                                                                          • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                          • 本研究の目的
                                                                                                          • 内容 (3)
                                                                                                          • 2次元計算2つのモード
                                                                                                          • 内容 (4)
                                                                                                          • 2次元軸方向計算
                                                                                                          • Slide 16
                                                                                                          • 光球付近における減速
                                                                                                          • パラメータ研究
                                                                                                          • 内容 (5)
                                                                                                          • 25次元断面方向計算
                                                                                                          • Slide 21
                                                                                                          • パラメータ研究 (2)
                                                                                                          • 2次元計算のまとめ
                                                                                                          • 内容 (6)
                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                          • 内容 (7)
                                                                                                          • まとめ
                                                                                                          • 今後の課題
                                                                                                          • Fin
                                                                                                          • 1 Introduction
                                                                                                          • 2 Previous 2D Works
                                                                                                          • 3 3D Calculation
                                                                                                          • 4 Summary and Future Works
                                                                                                          • 4 What to Study in HAO
                                                                                                          • What to Study in HAO
                                                                                                          • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                          • Parameter Study
                                                                                                          • Parameter Study (2)
                                                                                                          • Parameter Study (3)
                                                                                                          • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                          • Parameter Study (4)
                                                                                                          • Parameter Survey
                                                                                                          • Parameter Survey (2)
                                                                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                          • Parameter Survey (3)
                                                                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                          • Parameter Study (5)
                                                                                                          • Parameter Study (6)
                                                                                                          • Parameter Study typical case
                                                                                                          • Slide 59
                                                                                                          • Parameter Study BX strong
                                                                                                          • Slide 61
                                                                                                          • Parameter Study BX weak
                                                                                                          • Slide 63
                                                                                                          • Parameter Study (7)
                                                                                                          • Parameter Study q weak
                                                                                                          • Slide 66
                                                                                                          • 3-1 Setup and Results
                                                                                                          • Setup
                                                                                                          • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                          • Appendix
                                                                                                          • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                          • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                          • 2-1 2D calculations
                                                                                                          • Slide 74
                                                                                                          • Deceleration near the Surface
                                                                                                          • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                          • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                          • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                          • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                          • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                          • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                          • Summary of 3D Work
                                                                                                          • Observation
                                                                                                          • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                          • Results
                                                                                                          • Results (2)
                                                                                                          • Results (3)
                                                                                                          • Results (4)
                                                                                                          • Results (5)
                                                                                                          • Large-scale 3D calculation
                                                                                                          • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                          • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                          • Observation (2)
                                                                                                          • イントロダクション
                                                                                                          • 数値モデル
                                                                                                          • 議論とまとめ
                                                                                                          • 議論とまとめ (2)
                                                                                                          • 太陽と磁場
                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                          • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                          • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                          • 対流層内部における近似計算
                                                                                                          • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                          • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                          • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                          • 光球付近での減速機構
                                                                                                          • 本研究の目的 (12)
                                                                                                          • 本研究の目的 (22)
                                                                                                          • 本研究の目的 (4)
                                                                                                          • 数値モデル (2)
                                                                                                          • 数値モデル (22)
                                                                                                          • 数値モデル (23)
                                                                                                          • 数値モデル (24)
                                                                                                          • 数値モデル (14)
                                                                                                          • 減速の物理 (34)
                                                                                                          • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                          • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                          • 5 パラメータ研究
                                                                                                          • パラメータ研究 (111)
                                                                                                          • パラメータ研究 (211)
                                                                                                          • パラメータ研究 (311)
                                                                                                          • パラメータ研究 (511)
                                                                                                          • パラメータ研究 (611)
                                                                                                          • パラメータ研究 (711)
                                                                                                          • パラメータ研究 (811)
                                                                                                          • パラメータ研究 (911)
                                                                                                          • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                          • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                          • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                          • Resistive Emergence Model
                                                                                                          • Preceding Studies(13)
                                                                                                          • Preceding Studies(23)
                                                                                                          • Preceding Studies(33)
                                                                                                          • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                          • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                          • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                          • Setup and Results
                                                                                                          • セットアップと計算結果
                                                                                                          • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                            Parameter Survey

                                                                                                            times Failed emergencebullCase 8 keeps its coherency and reaches the surfacerarr photospheric field strength ~ 1Grarr the source of the filed in quiet Sun ()

                                                                                                            54

                                                                                                            Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                                            55

                                                                                                            Density field lines and velocity vectors

                                                                                                            Parameter Study

                                                                                                            Varying

                                                                                                            Field strength BX

                                                                                                            Initial twist q

                                                                                                            to study the condition of the flux emergence

                                                                                                            Initial twist q

                                                                                                            Field strength BX

                                                                                                            56

                                                                                                            Parameter Study

                                                                                                            Varying axial field strength BX

                                                                                                            57

                                                                                                            Parameter Study typical case

                                                                                                            Varying axial field strength BX

                                                                                                            58

                                                                                                            59

                                                                                                            Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                            Parameter Study typical case

                                                                                                            Parameter Study BX strong

                                                                                                            Varying axial field strength BX

                                                                                                            60

                                                                                                            61

                                                                                                            Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                            Parameter Study BX strong

                                                                                                            Parameter Study BX weak

                                                                                                            Varying axial field strength BX

                                                                                                            62

                                                                                                            63

                                                                                                            Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                            Parameter Study BX weak

                                                                                                            Parameter Study

                                                                                                            Varying initial twist q

                                                                                                            64

                                                                                                            Parameter Study q weak

                                                                                                            Varying initial twist q

                                                                                                            65

                                                                                                            66

                                                                                                            Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                            Parameter Study q weak

                                                                                                            3-1 Setup and Results

                                                                                                            67

                                                                                                            Setup

                                                                                                            Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                                            qH0=01 case rarr

                                                                                                            68

                                                                                                            rqrBrB x

                                                                                                            2

                                                                                                            tube

                                                                                                            2

                                                                                                            tube expR

                                                                                                            rBrBx

                                                                                                            3-2 Summary of 3D Work

                                                                                                            69

                                                                                                            Appendix

                                                                                                            70

                                                                                                            Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                            71

                                                                                                            North Pole

                                                                                                            Equator

                                                                                                            Convection Zone

                                                                                                            Radiative Zone

                                                                                                            Core

                                                                                                            Zwaan (1985)

                                                                                                            Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                            Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                                            (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                                            72

                                                                                                            North Pole

                                                                                                            Equator

                                                                                                            Convection Zone

                                                                                                            Radiative Zone

                                                                                                            Core

                                                                                                            2-1 2D calculations

                                                                                                            73

                                                                                                            Apex of the Emerging Loop

                                                                                                            Height Zapex

                                                                                                            Rise Velocity VZapex

                                                                                                            Surfacerarr

                                                                                                            74

                                                                                                            -20000 kmrarr

                                                                                                            Axial Calculation Results

                                                                                                            Magneticflux

                                                                                                            Accumulateddensity

                                                                                                            Magneticflux

                                                                                                            Accumulateddensity

                                                                                                            Accumulateddensity

                                                                                                            Magneticflux

                                                                                                            Deceleration near the Surface

                                                                                                            Accumulated density

                                                                                                            75

                                                                                                            0 t

                                                                                                            2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                            76

                                                                                                            2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                            77

                                                                                                            2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                            78

                                                                                                            Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                            79

                                                                                                            Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                            80

                                                                                                            Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                            81

                                                                                                            Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                            Logarithmic density

                                                                                                            Summary of 3D Work

                                                                                                            Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                            Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                            82

                                                                                                            Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                            decelerates and

                                                                                                            expands horizontally

                                                                                                            Otsuji et al (2010)83

                                                                                                            Observation

                                                                                                            Results qH0=005 (failed)

                                                                                                            84

                                                                                                            Results

                                                                                                            Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                            85

                                                                                                            q large

                                                                                                            q small

                                                                                                            Results

                                                                                                            Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                            86

                                                                                                            Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                            Results

                                                                                                            Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                            87

                                                                                                            Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                            Results

                                                                                                            Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                            q large obeys the initial

                                                                                                            q2 law because the tube

                                                                                                            keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                            because it takes more time

                                                                                                            to emerge to the corona

                                                                                                            and Emag is stored in the

                                                                                                            photospheric tongue 88

                                                                                                            dVB

                                                                                                            Ez

                                                                                                            0

                                                                                                            2

                                                                                                            mag 8

                                                                                                            Results

                                                                                                            Cross-section when

                                                                                                            the apex reaches zH0=40

                                                                                                            89

                                                                                                            Large-scale 3D calculation

                                                                                                            Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                            90

                                                                                                            Large-scale 3D calculation

                                                                                                            Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                            91

                                                                                                            Large-scale 3D calculation

                                                                                                            Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                            92

                                                                                                            Observation

                                                                                                            Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                            decelerates and

                                                                                                            expands horizontally

                                                                                                            Otsuji et al (2010)93

                                                                                                            イントロダクション

                                                                                                            ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                            考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                            (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                            94

                                                                                                            数値モデル

                                                                                                            初期磁束管 exp型分布

                                                                                                            ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                            磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                            磁束管の内部圧力を

                                                                                                              と表すこのとき force balance

                                                                                                             が保たれるよう

                                                                                                             とする

                                                                                                            rqrBrB x

                                                                                                            2

                                                                                                            tube

                                                                                                            2

                                                                                                            tube expR

                                                                                                            rBrBx

                                                                                                            r

                                                                                                            BBB

                                                                                                            dr

                                                                                                            d

                                                                                                            dr

                                                                                                            dp x

                                                                                                            48

                                                                                                            222

                                                                                                            exc

                                                                                                            222

                                                                                                            tube2exc 1

                                                                                                            28

                                                                                                            1xBr

                                                                                                            Rqp

                                                                                                            rpzpzyp excsi

                                                                                                            B

                                                                                                            x

                                                                                                            r

                                                                                                            B

                                                                                                            BX

                                                                                                            2πr

                                                                                                            95

                                                                                                            議論とまとめ

                                                                                                            結果の比較

                                                                                                            物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                            初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                            総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                            初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                            磁束管の半径 1000 km

                                                                                                            初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                            1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                            減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                            96

                                                                                                            断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                            議論とまとめ

                                                                                                            3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                            軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                            総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                            考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                            倍 )

                                                                                                            将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                            97

                                                                                                            1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                            太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                            太陽と磁場

                                                                                                            Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                            98

                                                                                                            活動領域と浮上磁場

                                                                                                            活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                            磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                            太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                            Zwaan (1985)

                                                                                                            Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                            99

                                                                                                            磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                            磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                            る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                            Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                            内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                            外圧 Pe

                                                                                                            ggf ieb )(

                                                                                                            100

                                                                                                            活動領域と浮上磁場

                                                                                                            AR 10926

                                                                                                            101

                                                                                                            磁束浮上シミュレーション

                                                                                                            磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                            102

                                                                                                            対流層内部における近似計算

                                                                                                            ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                            た 細管近似

                                                                                                            対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                            物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                            Caligari et al (1995)

                                                                                                            103

                                                                                                            対流層内部における近似計算

                                                                                                            非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                            大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                            中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                            Fan (2001a)104

                                                                                                            対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                            しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                            細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                            したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                            105

                                                                                                            浮上磁場シミュレーション

                                                                                                            光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                            的にコロナへ浮上

                                                                                                            対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                            Shibata et al (1989) 106

                                                                                                            光球付近での減速機構

                                                                                                            光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                            Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                            Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                            Magara (2001)

                                                                                                            107

                                                                                                            本研究の目的 (12)

                                                                                                            上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                            しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                            対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                            しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                            したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                            108

                                                                                                            本研究の目的 (22)

                                                                                                            そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                            対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                            典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                            典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                            本研究の目的

                                                                                                            減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                            2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                            典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                            典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                            数値モデル

                                                                                                            初期条件

                                                                                                            xH-400 0 400

                                                                                                            zH

                                                                                                            200

                                                                                                            100

                                                                                                            -200

                                                                                                            -100

                                                                                                            NX timesNZ

                                                                                                            =1536times1920

                                                                                                            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                            磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                            磁束の深さ -20000 km

                                                                                                            光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                            111

                                                                                                            LX = 16 万 km

                                                                                                            LZ = 8 万 km

                                                                                                            数値モデル (22)

                                                                                                            対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                            無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                            速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                            時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                            密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                            圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                            温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                            磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                            数値モデル (23)

                                                                                                            初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                            磁場BX

                                                                                                            密度ρ

                                                                                                            圧力 p

                                                                                                            温度 T

                                                                                                            対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                            113

                                                                                                            数値モデル (24)

                                                                                                            境界条件

                                                                                                            -400 0 400

                                                                                                            200

                                                                                                            100

                                                                                                            -200

                                                                                                            -100

                                                                                                            周期境界 対称境界

                                                                                                            減衰領域

                                                                                                            x H0

                                                                                                            z H0

                                                                                                            114

                                                                                                            数値モデル (14)

                                                                                                            初期条件

                                                                                                            x H0

                                                                                                            -400 0 400

                                                                                                            z H0

                                                                                                            200

                                                                                                            100

                                                                                                            -200

                                                                                                            -100

                                                                                                            NZ=1920

                                                                                                            NX=1536

                                                                                                            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                            width D

                                                                                                            z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                            115

                                                                                                            減速の物理 (34)

                                                                                                            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                            116

                                                                                                            減速の物理 (34)

                                                                                                            磁束シート上のプラズマ

                                                                                                            シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                            磁束シートの浮上

                                                                                                            磁束シートが平らになる

                                                                                                            減速

                                                                                                            117

                                                                                                            光球付近における減速

                                                                                                            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                            磁場

                                                                                                            密度差

                                                                                                            磁場

                                                                                                            密度差密度差

                                                                                                            磁場

                                                                                                            118

                                                                                                            5 パラメータ研究

                                                                                                            119

                                                                                                            パラメータ研究 (111)

                                                                                                            磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                            総磁束量 Φ

                                                                                                            を変えた計算を行った

                                                                                                            総磁束量 Φ

                                                                                                            磁場強度 BX

                                                                                                            120

                                                                                                            パラメータ研究 (211)

                                                                                                            2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                            点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                            121

                                                                                                            パラメータ研究 (311)

                                                                                                            減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                            122

                                                                                                            パラメータ研究 (511)

                                                                                                            2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                            123

                                                                                                            パラメータ研究 (611)

                                                                                                            2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                            124

                                                                                                            パラメータ研究 (711)

                                                                                                            times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                            125

                                                                                                            パラメータ研究 (811)

                                                                                                            密度磁力線速度場126

                                                                                                            パラメータ研究 (911)

                                                                                                            対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                            EmagEkin lt 1

                                                                                                            127

                                                                                                            パラメータ研究 (1011)

                                                                                                            times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                            軸方向計算のまとめ

                                                                                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                            減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                            129

                                                                                                            断面方向計算のまとめ

                                                                                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                            減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                            130

                                                                                                            Resistive Emergence Model

                                                                                                            Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                            observations Isobe et al (2007)

                                                                                                            2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                            3D simulations131

                                                                                                            Preceding Studies(13)

                                                                                                            Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                            force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                            that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                            132

                                                                                                            Preceding Studies(23)

                                                                                                            Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                            persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                            133

                                                                                                            Preceding Studies(33)

                                                                                                            Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                            gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                            Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                            zzz pF BJg

                                                                                                            134

                                                                                                            Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                            135

                                                                                                            Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                            Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                            magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                             rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                             rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                             rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                            Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                            136

                                                                                                            3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                            137

                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                            Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                            138

                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                            Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                            twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                            139

                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                            Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                            emerged

                                                                                                            q large direct emergence without a tongue

                                                                                                            q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                            140

                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                            Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                            141

                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                            Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                            Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                            142

                                                                                                            Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                            Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                            Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                            Radius Rtube 5 25

                                                                                                            Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                            Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                            Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                            Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                            Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                            plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                            at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                            143

                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                            Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                            on the initial twist q

                                                                                                            q large direct emergence

                                                                                                              Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                              Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                            144

                                                                                                            dVB

                                                                                                            E corona

                                                                                                            2

                                                                                                            mag 8

                                                                                                            Setup and Results

                                                                                                            Conditions

                                                                                                            q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                            145

                                                                                                            Our case Murray et al (2006)

                                                                                                            Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                            Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                            Radius Rtube 25 25

                                                                                                            Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                            Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                            Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                            Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                            セットアップと計算結果

                                                                                                            結果 (x=0)

                                                                                                            146

                                                                                                            セットアップと計算結果

                                                                                                            結果 (y=0)

                                                                                                            147

                                                                                                            • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                            • 内容
                                                                                                            • 内容 (2)
                                                                                                            • 太陽活動と磁場
                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                            • 先行研究の概観
                                                                                                            • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                            • 本研究の目的
                                                                                                            • 内容 (3)
                                                                                                            • 2次元計算2つのモード
                                                                                                            • 内容 (4)
                                                                                                            • 2次元軸方向計算
                                                                                                            • Slide 16
                                                                                                            • 光球付近における減速
                                                                                                            • パラメータ研究
                                                                                                            • 内容 (5)
                                                                                                            • 25次元断面方向計算
                                                                                                            • Slide 21
                                                                                                            • パラメータ研究 (2)
                                                                                                            • 2次元計算のまとめ
                                                                                                            • 内容 (6)
                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                            • 内容 (7)
                                                                                                            • まとめ
                                                                                                            • 今後の課題
                                                                                                            • Fin
                                                                                                            • 1 Introduction
                                                                                                            • 2 Previous 2D Works
                                                                                                            • 3 3D Calculation
                                                                                                            • 4 Summary and Future Works
                                                                                                            • 4 What to Study in HAO
                                                                                                            • What to Study in HAO
                                                                                                            • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                            • Parameter Study
                                                                                                            • Parameter Study (2)
                                                                                                            • Parameter Study (3)
                                                                                                            • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                            • Parameter Study (4)
                                                                                                            • Parameter Survey
                                                                                                            • Parameter Survey (2)
                                                                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                            • Parameter Survey (3)
                                                                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                            • Parameter Study (5)
                                                                                                            • Parameter Study (6)
                                                                                                            • Parameter Study typical case
                                                                                                            • Slide 59
                                                                                                            • Parameter Study BX strong
                                                                                                            • Slide 61
                                                                                                            • Parameter Study BX weak
                                                                                                            • Slide 63
                                                                                                            • Parameter Study (7)
                                                                                                            • Parameter Study q weak
                                                                                                            • Slide 66
                                                                                                            • 3-1 Setup and Results
                                                                                                            • Setup
                                                                                                            • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                            • Appendix
                                                                                                            • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                            • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                            • 2-1 2D calculations
                                                                                                            • Slide 74
                                                                                                            • Deceleration near the Surface
                                                                                                            • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                            • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                            • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                            • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                            • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                            • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                            • Summary of 3D Work
                                                                                                            • Observation
                                                                                                            • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                            • Results
                                                                                                            • Results (2)
                                                                                                            • Results (3)
                                                                                                            • Results (4)
                                                                                                            • Results (5)
                                                                                                            • Large-scale 3D calculation
                                                                                                            • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                            • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                            • Observation (2)
                                                                                                            • イントロダクション
                                                                                                            • 数値モデル
                                                                                                            • 議論とまとめ
                                                                                                            • 議論とまとめ (2)
                                                                                                            • 太陽と磁場
                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                            • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                            • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                            • 対流層内部における近似計算
                                                                                                            • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                            • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                            • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                            • 光球付近での減速機構
                                                                                                            • 本研究の目的 (12)
                                                                                                            • 本研究の目的 (22)
                                                                                                            • 本研究の目的 (4)
                                                                                                            • 数値モデル (2)
                                                                                                            • 数値モデル (22)
                                                                                                            • 数値モデル (23)
                                                                                                            • 数値モデル (24)
                                                                                                            • 数値モデル (14)
                                                                                                            • 減速の物理 (34)
                                                                                                            • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                            • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                            • 5 パラメータ研究
                                                                                                            • パラメータ研究 (111)
                                                                                                            • パラメータ研究 (211)
                                                                                                            • パラメータ研究 (311)
                                                                                                            • パラメータ研究 (511)
                                                                                                            • パラメータ研究 (611)
                                                                                                            • パラメータ研究 (711)
                                                                                                            • パラメータ研究 (811)
                                                                                                            • パラメータ研究 (911)
                                                                                                            • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                            • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                            • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                            • Resistive Emergence Model
                                                                                                            • Preceding Studies(13)
                                                                                                            • Preceding Studies(23)
                                                                                                            • Preceding Studies(33)
                                                                                                            • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                            • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                            • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                            • Setup and Results
                                                                                                            • セットアップと計算結果
                                                                                                            • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                              Parameter Survey BX-Φ weak

                                                                                                              55

                                                                                                              Density field lines and velocity vectors

                                                                                                              Parameter Study

                                                                                                              Varying

                                                                                                              Field strength BX

                                                                                                              Initial twist q

                                                                                                              to study the condition of the flux emergence

                                                                                                              Initial twist q

                                                                                                              Field strength BX

                                                                                                              56

                                                                                                              Parameter Study

                                                                                                              Varying axial field strength BX

                                                                                                              57

                                                                                                              Parameter Study typical case

                                                                                                              Varying axial field strength BX

                                                                                                              58

                                                                                                              59

                                                                                                              Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                              Parameter Study typical case

                                                                                                              Parameter Study BX strong

                                                                                                              Varying axial field strength BX

                                                                                                              60

                                                                                                              61

                                                                                                              Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                              Parameter Study BX strong

                                                                                                              Parameter Study BX weak

                                                                                                              Varying axial field strength BX

                                                                                                              62

                                                                                                              63

                                                                                                              Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                              Parameter Study BX weak

                                                                                                              Parameter Study

                                                                                                              Varying initial twist q

                                                                                                              64

                                                                                                              Parameter Study q weak

                                                                                                              Varying initial twist q

                                                                                                              65

                                                                                                              66

                                                                                                              Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                              Parameter Study q weak

                                                                                                              3-1 Setup and Results

                                                                                                              67

                                                                                                              Setup

                                                                                                              Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                                              qH0=01 case rarr

                                                                                                              68

                                                                                                              rqrBrB x

                                                                                                              2

                                                                                                              tube

                                                                                                              2

                                                                                                              tube expR

                                                                                                              rBrBx

                                                                                                              3-2 Summary of 3D Work

                                                                                                              69

                                                                                                              Appendix

                                                                                                              70

                                                                                                              Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                              71

                                                                                                              North Pole

                                                                                                              Equator

                                                                                                              Convection Zone

                                                                                                              Radiative Zone

                                                                                                              Core

                                                                                                              Zwaan (1985)

                                                                                                              Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                              Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                                              (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                                              72

                                                                                                              North Pole

                                                                                                              Equator

                                                                                                              Convection Zone

                                                                                                              Radiative Zone

                                                                                                              Core

                                                                                                              2-1 2D calculations

                                                                                                              73

                                                                                                              Apex of the Emerging Loop

                                                                                                              Height Zapex

                                                                                                              Rise Velocity VZapex

                                                                                                              Surfacerarr

                                                                                                              74

                                                                                                              -20000 kmrarr

                                                                                                              Axial Calculation Results

                                                                                                              Magneticflux

                                                                                                              Accumulateddensity

                                                                                                              Magneticflux

                                                                                                              Accumulateddensity

                                                                                                              Accumulateddensity

                                                                                                              Magneticflux

                                                                                                              Deceleration near the Surface

                                                                                                              Accumulated density

                                                                                                              75

                                                                                                              0 t

                                                                                                              2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                              76

                                                                                                              2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                              77

                                                                                                              2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                              78

                                                                                                              Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                              79

                                                                                                              Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                              80

                                                                                                              Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                              81

                                                                                                              Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                              Logarithmic density

                                                                                                              Summary of 3D Work

                                                                                                              Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                              Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                              82

                                                                                                              Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                              decelerates and

                                                                                                              expands horizontally

                                                                                                              Otsuji et al (2010)83

                                                                                                              Observation

                                                                                                              Results qH0=005 (failed)

                                                                                                              84

                                                                                                              Results

                                                                                                              Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                              85

                                                                                                              q large

                                                                                                              q small

                                                                                                              Results

                                                                                                              Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                              86

                                                                                                              Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                              Results

                                                                                                              Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                              87

                                                                                                              Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                              Results

                                                                                                              Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                              q large obeys the initial

                                                                                                              q2 law because the tube

                                                                                                              keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                              because it takes more time

                                                                                                              to emerge to the corona

                                                                                                              and Emag is stored in the

                                                                                                              photospheric tongue 88

                                                                                                              dVB

                                                                                                              Ez

                                                                                                              0

                                                                                                              2

                                                                                                              mag 8

                                                                                                              Results

                                                                                                              Cross-section when

                                                                                                              the apex reaches zH0=40

                                                                                                              89

                                                                                                              Large-scale 3D calculation

                                                                                                              Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                              90

                                                                                                              Large-scale 3D calculation

                                                                                                              Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                              91

                                                                                                              Large-scale 3D calculation

                                                                                                              Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                              92

                                                                                                              Observation

                                                                                                              Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                              decelerates and

                                                                                                              expands horizontally

                                                                                                              Otsuji et al (2010)93

                                                                                                              イントロダクション

                                                                                                              ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                              考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                              (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                              94

                                                                                                              数値モデル

                                                                                                              初期磁束管 exp型分布

                                                                                                              ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                              磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                              磁束管の内部圧力を

                                                                                                                と表すこのとき force balance

                                                                                                               が保たれるよう

                                                                                                               とする

                                                                                                              rqrBrB x

                                                                                                              2

                                                                                                              tube

                                                                                                              2

                                                                                                              tube expR

                                                                                                              rBrBx

                                                                                                              r

                                                                                                              BBB

                                                                                                              dr

                                                                                                              d

                                                                                                              dr

                                                                                                              dp x

                                                                                                              48

                                                                                                              222

                                                                                                              exc

                                                                                                              222

                                                                                                              tube2exc 1

                                                                                                              28

                                                                                                              1xBr

                                                                                                              Rqp

                                                                                                              rpzpzyp excsi

                                                                                                              B

                                                                                                              x

                                                                                                              r

                                                                                                              B

                                                                                                              BX

                                                                                                              2πr

                                                                                                              95

                                                                                                              議論とまとめ

                                                                                                              結果の比較

                                                                                                              物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                              初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                              総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                              初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                              磁束管の半径 1000 km

                                                                                                              初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                              1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                              減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                              96

                                                                                                              断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                              議論とまとめ

                                                                                                              3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                              軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                              総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                              考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                              倍 )

                                                                                                              将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                              97

                                                                                                              1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                              太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                              太陽と磁場

                                                                                                              Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                              98

                                                                                                              活動領域と浮上磁場

                                                                                                              活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                              磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                              太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                              Zwaan (1985)

                                                                                                              Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                              99

                                                                                                              磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                              磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                              る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                              Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                              内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                              外圧 Pe

                                                                                                              ggf ieb )(

                                                                                                              100

                                                                                                              活動領域と浮上磁場

                                                                                                              AR 10926

                                                                                                              101

                                                                                                              磁束浮上シミュレーション

                                                                                                              磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                              102

                                                                                                              対流層内部における近似計算

                                                                                                              ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                              た 細管近似

                                                                                                              対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                              物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                              Caligari et al (1995)

                                                                                                              103

                                                                                                              対流層内部における近似計算

                                                                                                              非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                              大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                              中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                              Fan (2001a)104

                                                                                                              対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                              しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                              細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                              したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                              105

                                                                                                              浮上磁場シミュレーション

                                                                                                              光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                              的にコロナへ浮上

                                                                                                              対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                              Shibata et al (1989) 106

                                                                                                              光球付近での減速機構

                                                                                                              光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                              Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                              Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                              Magara (2001)

                                                                                                              107

                                                                                                              本研究の目的 (12)

                                                                                                              上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                              しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                              対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                              しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                              したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                              108

                                                                                                              本研究の目的 (22)

                                                                                                              そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                              対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                              典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                              典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                              本研究の目的

                                                                                                              減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                              2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                              典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                              典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                              数値モデル

                                                                                                              初期条件

                                                                                                              xH-400 0 400

                                                                                                              zH

                                                                                                              200

                                                                                                              100

                                                                                                              -200

                                                                                                              -100

                                                                                                              NX timesNZ

                                                                                                              =1536times1920

                                                                                                              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                              磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                              磁束の深さ -20000 km

                                                                                                              光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                              111

                                                                                                              LX = 16 万 km

                                                                                                              LZ = 8 万 km

                                                                                                              数値モデル (22)

                                                                                                              対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                              無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                              速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                              時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                              密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                              圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                              温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                              磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                              数値モデル (23)

                                                                                                              初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                              磁場BX

                                                                                                              密度ρ

                                                                                                              圧力 p

                                                                                                              温度 T

                                                                                                              対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                              113

                                                                                                              数値モデル (24)

                                                                                                              境界条件

                                                                                                              -400 0 400

                                                                                                              200

                                                                                                              100

                                                                                                              -200

                                                                                                              -100

                                                                                                              周期境界 対称境界

                                                                                                              減衰領域

                                                                                                              x H0

                                                                                                              z H0

                                                                                                              114

                                                                                                              数値モデル (14)

                                                                                                              初期条件

                                                                                                              x H0

                                                                                                              -400 0 400

                                                                                                              z H0

                                                                                                              200

                                                                                                              100

                                                                                                              -200

                                                                                                              -100

                                                                                                              NZ=1920

                                                                                                              NX=1536

                                                                                                              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                              width D

                                                                                                              z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                              115

                                                                                                              減速の物理 (34)

                                                                                                              磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                              116

                                                                                                              減速の物理 (34)

                                                                                                              磁束シート上のプラズマ

                                                                                                              シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                              磁束シートの浮上

                                                                                                              磁束シートが平らになる

                                                                                                              減速

                                                                                                              117

                                                                                                              光球付近における減速

                                                                                                              磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                              磁場

                                                                                                              密度差

                                                                                                              磁場

                                                                                                              密度差密度差

                                                                                                              磁場

                                                                                                              118

                                                                                                              5 パラメータ研究

                                                                                                              119

                                                                                                              パラメータ研究 (111)

                                                                                                              磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                              総磁束量 Φ

                                                                                                              を変えた計算を行った

                                                                                                              総磁束量 Φ

                                                                                                              磁場強度 BX

                                                                                                              120

                                                                                                              パラメータ研究 (211)

                                                                                                              2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                              点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                              121

                                                                                                              パラメータ研究 (311)

                                                                                                              減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                              122

                                                                                                              パラメータ研究 (511)

                                                                                                              2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                              123

                                                                                                              パラメータ研究 (611)

                                                                                                              2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                              124

                                                                                                              パラメータ研究 (711)

                                                                                                              times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                              125

                                                                                                              パラメータ研究 (811)

                                                                                                              密度磁力線速度場126

                                                                                                              パラメータ研究 (911)

                                                                                                              対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                              EmagEkin lt 1

                                                                                                              127

                                                                                                              パラメータ研究 (1011)

                                                                                                              times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                              軸方向計算のまとめ

                                                                                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                              減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                              129

                                                                                                              断面方向計算のまとめ

                                                                                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                              減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                              130

                                                                                                              Resistive Emergence Model

                                                                                                              Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                              observations Isobe et al (2007)

                                                                                                              2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                              3D simulations131

                                                                                                              Preceding Studies(13)

                                                                                                              Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                              force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                              that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                              132

                                                                                                              Preceding Studies(23)

                                                                                                              Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                              persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                              133

                                                                                                              Preceding Studies(33)

                                                                                                              Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                              gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                              Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                              zzz pF BJg

                                                                                                              134

                                                                                                              Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                              135

                                                                                                              Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                              Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                              magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                               rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                               rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                               rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                              Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                              136

                                                                                                              3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                              137

                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                              Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                              138

                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                              Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                              twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                              139

                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                              Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                              emerged

                                                                                                              q large direct emergence without a tongue

                                                                                                              q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                              140

                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                              Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                              141

                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                              Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                              Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                              142

                                                                                                              Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                              Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                              Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                              Radius Rtube 5 25

                                                                                                              Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                              Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                              Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                              Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                              Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                              plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                              at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                              143

                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                              Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                              on the initial twist q

                                                                                                              q large direct emergence

                                                                                                                Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                              144

                                                                                                              dVB

                                                                                                              E corona

                                                                                                              2

                                                                                                              mag 8

                                                                                                              Setup and Results

                                                                                                              Conditions

                                                                                                              q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                              145

                                                                                                              Our case Murray et al (2006)

                                                                                                              Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                              Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                              Radius Rtube 25 25

                                                                                                              Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                              Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                              Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                              Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                              セットアップと計算結果

                                                                                                              結果 (x=0)

                                                                                                              146

                                                                                                              セットアップと計算結果

                                                                                                              結果 (y=0)

                                                                                                              147

                                                                                                              • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                              • 内容
                                                                                                              • 内容 (2)
                                                                                                              • 太陽活動と磁場
                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                              • 先行研究の概観
                                                                                                              • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                              • 本研究の目的
                                                                                                              • 内容 (3)
                                                                                                              • 2次元計算2つのモード
                                                                                                              • 内容 (4)
                                                                                                              • 2次元軸方向計算
                                                                                                              • Slide 16
                                                                                                              • 光球付近における減速
                                                                                                              • パラメータ研究
                                                                                                              • 内容 (5)
                                                                                                              • 25次元断面方向計算
                                                                                                              • Slide 21
                                                                                                              • パラメータ研究 (2)
                                                                                                              • 2次元計算のまとめ
                                                                                                              • 内容 (6)
                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                              • 内容 (7)
                                                                                                              • まとめ
                                                                                                              • 今後の課題
                                                                                                              • Fin
                                                                                                              • 1 Introduction
                                                                                                              • 2 Previous 2D Works
                                                                                                              • 3 3D Calculation
                                                                                                              • 4 Summary and Future Works
                                                                                                              • 4 What to Study in HAO
                                                                                                              • What to Study in HAO
                                                                                                              • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                              • Parameter Study
                                                                                                              • Parameter Study (2)
                                                                                                              • Parameter Study (3)
                                                                                                              • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                              • Parameter Study (4)
                                                                                                              • Parameter Survey
                                                                                                              • Parameter Survey (2)
                                                                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                              • Parameter Survey (3)
                                                                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                              • Parameter Study (5)
                                                                                                              • Parameter Study (6)
                                                                                                              • Parameter Study typical case
                                                                                                              • Slide 59
                                                                                                              • Parameter Study BX strong
                                                                                                              • Slide 61
                                                                                                              • Parameter Study BX weak
                                                                                                              • Slide 63
                                                                                                              • Parameter Study (7)
                                                                                                              • Parameter Study q weak
                                                                                                              • Slide 66
                                                                                                              • 3-1 Setup and Results
                                                                                                              • Setup
                                                                                                              • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                              • Appendix
                                                                                                              • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                              • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                              • 2-1 2D calculations
                                                                                                              • Slide 74
                                                                                                              • Deceleration near the Surface
                                                                                                              • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                              • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                              • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                              • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                              • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                              • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                              • Summary of 3D Work
                                                                                                              • Observation
                                                                                                              • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                              • Results
                                                                                                              • Results (2)
                                                                                                              • Results (3)
                                                                                                              • Results (4)
                                                                                                              • Results (5)
                                                                                                              • Large-scale 3D calculation
                                                                                                              • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                              • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                              • Observation (2)
                                                                                                              • イントロダクション
                                                                                                              • 数値モデル
                                                                                                              • 議論とまとめ
                                                                                                              • 議論とまとめ (2)
                                                                                                              • 太陽と磁場
                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                              • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                              • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                              • 対流層内部における近似計算
                                                                                                              • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                              • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                              • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                              • 光球付近での減速機構
                                                                                                              • 本研究の目的 (12)
                                                                                                              • 本研究の目的 (22)
                                                                                                              • 本研究の目的 (4)
                                                                                                              • 数値モデル (2)
                                                                                                              • 数値モデル (22)
                                                                                                              • 数値モデル (23)
                                                                                                              • 数値モデル (24)
                                                                                                              • 数値モデル (14)
                                                                                                              • 減速の物理 (34)
                                                                                                              • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                              • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                              • 5 パラメータ研究
                                                                                                              • パラメータ研究 (111)
                                                                                                              • パラメータ研究 (211)
                                                                                                              • パラメータ研究 (311)
                                                                                                              • パラメータ研究 (511)
                                                                                                              • パラメータ研究 (611)
                                                                                                              • パラメータ研究 (711)
                                                                                                              • パラメータ研究 (811)
                                                                                                              • パラメータ研究 (911)
                                                                                                              • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                              • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                              • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                              • Resistive Emergence Model
                                                                                                              • Preceding Studies(13)
                                                                                                              • Preceding Studies(23)
                                                                                                              • Preceding Studies(33)
                                                                                                              • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                              • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                              • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                              • Setup and Results
                                                                                                              • セットアップと計算結果
                                                                                                              • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                Parameter Study

                                                                                                                Varying

                                                                                                                Field strength BX

                                                                                                                Initial twist q

                                                                                                                to study the condition of the flux emergence

                                                                                                                Initial twist q

                                                                                                                Field strength BX

                                                                                                                56

                                                                                                                Parameter Study

                                                                                                                Varying axial field strength BX

                                                                                                                57

                                                                                                                Parameter Study typical case

                                                                                                                Varying axial field strength BX

                                                                                                                58

                                                                                                                59

                                                                                                                Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                Parameter Study typical case

                                                                                                                Parameter Study BX strong

                                                                                                                Varying axial field strength BX

                                                                                                                60

                                                                                                                61

                                                                                                                Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                Parameter Study BX strong

                                                                                                                Parameter Study BX weak

                                                                                                                Varying axial field strength BX

                                                                                                                62

                                                                                                                63

                                                                                                                Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                Parameter Study BX weak

                                                                                                                Parameter Study

                                                                                                                Varying initial twist q

                                                                                                                64

                                                                                                                Parameter Study q weak

                                                                                                                Varying initial twist q

                                                                                                                65

                                                                                                                66

                                                                                                                Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                Parameter Study q weak

                                                                                                                3-1 Setup and Results

                                                                                                                67

                                                                                                                Setup

                                                                                                                Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                                                qH0=01 case rarr

                                                                                                                68

                                                                                                                rqrBrB x

                                                                                                                2

                                                                                                                tube

                                                                                                                2

                                                                                                                tube expR

                                                                                                                rBrBx

                                                                                                                3-2 Summary of 3D Work

                                                                                                                69

                                                                                                                Appendix

                                                                                                                70

                                                                                                                Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                71

                                                                                                                North Pole

                                                                                                                Equator

                                                                                                                Convection Zone

                                                                                                                Radiative Zone

                                                                                                                Core

                                                                                                                Zwaan (1985)

                                                                                                                Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                                                (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                                                72

                                                                                                                North Pole

                                                                                                                Equator

                                                                                                                Convection Zone

                                                                                                                Radiative Zone

                                                                                                                Core

                                                                                                                2-1 2D calculations

                                                                                                                73

                                                                                                                Apex of the Emerging Loop

                                                                                                                Height Zapex

                                                                                                                Rise Velocity VZapex

                                                                                                                Surfacerarr

                                                                                                                74

                                                                                                                -20000 kmrarr

                                                                                                                Axial Calculation Results

                                                                                                                Magneticflux

                                                                                                                Accumulateddensity

                                                                                                                Magneticflux

                                                                                                                Accumulateddensity

                                                                                                                Accumulateddensity

                                                                                                                Magneticflux

                                                                                                                Deceleration near the Surface

                                                                                                                Accumulated density

                                                                                                                75

                                                                                                                0 t

                                                                                                                2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                                76

                                                                                                                2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                                77

                                                                                                                2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                                78

                                                                                                                Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                                79

                                                                                                                Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                80

                                                                                                                Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                                81

                                                                                                                Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                Logarithmic density

                                                                                                                Summary of 3D Work

                                                                                                                Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                                Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                                82

                                                                                                                Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                                decelerates and

                                                                                                                expands horizontally

                                                                                                                Otsuji et al (2010)83

                                                                                                                Observation

                                                                                                                Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                84

                                                                                                                Results

                                                                                                                Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                85

                                                                                                                q large

                                                                                                                q small

                                                                                                                Results

                                                                                                                Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                86

                                                                                                                Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                Results

                                                                                                                Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                87

                                                                                                                Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                Results

                                                                                                                Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                q large obeys the initial

                                                                                                                q2 law because the tube

                                                                                                                keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                because it takes more time

                                                                                                                to emerge to the corona

                                                                                                                and Emag is stored in the

                                                                                                                photospheric tongue 88

                                                                                                                dVB

                                                                                                                Ez

                                                                                                                0

                                                                                                                2

                                                                                                                mag 8

                                                                                                                Results

                                                                                                                Cross-section when

                                                                                                                the apex reaches zH0=40

                                                                                                                89

                                                                                                                Large-scale 3D calculation

                                                                                                                Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                90

                                                                                                                Large-scale 3D calculation

                                                                                                                Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                91

                                                                                                                Large-scale 3D calculation

                                                                                                                Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                92

                                                                                                                Observation

                                                                                                                Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                decelerates and

                                                                                                                expands horizontally

                                                                                                                Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                イントロダクション

                                                                                                                ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                94

                                                                                                                数値モデル

                                                                                                                初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                磁束管の内部圧力を

                                                                                                                  と表すこのとき force balance

                                                                                                                 が保たれるよう

                                                                                                                 とする

                                                                                                                rqrBrB x

                                                                                                                2

                                                                                                                tube

                                                                                                                2

                                                                                                                tube expR

                                                                                                                rBrBx

                                                                                                                r

                                                                                                                BBB

                                                                                                                dr

                                                                                                                d

                                                                                                                dr

                                                                                                                dp x

                                                                                                                48

                                                                                                                222

                                                                                                                exc

                                                                                                                222

                                                                                                                tube2exc 1

                                                                                                                28

                                                                                                                1xBr

                                                                                                                Rqp

                                                                                                                rpzpzyp excsi

                                                                                                                B

                                                                                                                x

                                                                                                                r

                                                                                                                B

                                                                                                                BX

                                                                                                                2πr

                                                                                                                95

                                                                                                                議論とまとめ

                                                                                                                結果の比較

                                                                                                                物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                96

                                                                                                                断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                議論とまとめ

                                                                                                                3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                倍 )

                                                                                                                将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                97

                                                                                                                1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                太陽と磁場

                                                                                                                Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                98

                                                                                                                活動領域と浮上磁場

                                                                                                                活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                Zwaan (1985)

                                                                                                                Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                99

                                                                                                                磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                外圧 Pe

                                                                                                                ggf ieb )(

                                                                                                                100

                                                                                                                活動領域と浮上磁場

                                                                                                                AR 10926

                                                                                                                101

                                                                                                                磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                102

                                                                                                                対流層内部における近似計算

                                                                                                                ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                た 細管近似

                                                                                                                対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                Caligari et al (1995)

                                                                                                                103

                                                                                                                対流層内部における近似計算

                                                                                                                非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                Fan (2001a)104

                                                                                                                対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                105

                                                                                                                浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                的にコロナへ浮上

                                                                                                                対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                光球付近での減速機構

                                                                                                                光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                Magara (2001)

                                                                                                                107

                                                                                                                本研究の目的 (12)

                                                                                                                上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                108

                                                                                                                本研究の目的 (22)

                                                                                                                そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                本研究の目的

                                                                                                                減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                数値モデル

                                                                                                                初期条件

                                                                                                                xH-400 0 400

                                                                                                                zH

                                                                                                                200

                                                                                                                100

                                                                                                                -200

                                                                                                                -100

                                                                                                                NX timesNZ

                                                                                                                =1536times1920

                                                                                                                BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                111

                                                                                                                LX = 16 万 km

                                                                                                                LZ = 8 万 km

                                                                                                                数値モデル (22)

                                                                                                                対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                数値モデル (23)

                                                                                                                初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                磁場BX

                                                                                                                密度ρ

                                                                                                                圧力 p

                                                                                                                温度 T

                                                                                                                対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                113

                                                                                                                数値モデル (24)

                                                                                                                境界条件

                                                                                                                -400 0 400

                                                                                                                200

                                                                                                                100

                                                                                                                -200

                                                                                                                -100

                                                                                                                周期境界 対称境界

                                                                                                                減衰領域

                                                                                                                x H0

                                                                                                                z H0

                                                                                                                114

                                                                                                                数値モデル (14)

                                                                                                                初期条件

                                                                                                                x H0

                                                                                                                -400 0 400

                                                                                                                z H0

                                                                                                                200

                                                                                                                100

                                                                                                                -200

                                                                                                                -100

                                                                                                                NZ=1920

                                                                                                                NX=1536

                                                                                                                BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                width D

                                                                                                                z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                115

                                                                                                                減速の物理 (34)

                                                                                                                磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                116

                                                                                                                減速の物理 (34)

                                                                                                                磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                磁束シートの浮上

                                                                                                                磁束シートが平らになる

                                                                                                                減速

                                                                                                                117

                                                                                                                光球付近における減速

                                                                                                                磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                磁場

                                                                                                                密度差

                                                                                                                磁場

                                                                                                                密度差密度差

                                                                                                                磁場

                                                                                                                118

                                                                                                                5 パラメータ研究

                                                                                                                119

                                                                                                                パラメータ研究 (111)

                                                                                                                磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                総磁束量 Φ

                                                                                                                を変えた計算を行った

                                                                                                                総磁束量 Φ

                                                                                                                磁場強度 BX

                                                                                                                120

                                                                                                                パラメータ研究 (211)

                                                                                                                2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                121

                                                                                                                パラメータ研究 (311)

                                                                                                                減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                122

                                                                                                                パラメータ研究 (511)

                                                                                                                2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                123

                                                                                                                パラメータ研究 (611)

                                                                                                                2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                124

                                                                                                                パラメータ研究 (711)

                                                                                                                times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                125

                                                                                                                パラメータ研究 (811)

                                                                                                                密度磁力線速度場126

                                                                                                                パラメータ研究 (911)

                                                                                                                対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                EmagEkin lt 1

                                                                                                                127

                                                                                                                パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                軸方向計算のまとめ

                                                                                                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                129

                                                                                                                断面方向計算のまとめ

                                                                                                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                130

                                                                                                                Resistive Emergence Model

                                                                                                                Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                3D simulations131

                                                                                                                Preceding Studies(13)

                                                                                                                Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                132

                                                                                                                Preceding Studies(23)

                                                                                                                Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                133

                                                                                                                Preceding Studies(33)

                                                                                                                Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                zzz pF BJg

                                                                                                                134

                                                                                                                Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                135

                                                                                                                Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                 rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                 rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                 rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                136

                                                                                                                3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                137

                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                138

                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                139

                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                emerged

                                                                                                                q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                140

                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                141

                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                142

                                                                                                                Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                Radius Rtube 5 25

                                                                                                                Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                143

                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                on the initial twist q

                                                                                                                q large direct emergence

                                                                                                                  Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                  Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                144

                                                                                                                dVB

                                                                                                                E corona

                                                                                                                2

                                                                                                                mag 8

                                                                                                                Setup and Results

                                                                                                                Conditions

                                                                                                                q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                145

                                                                                                                Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                Radius Rtube 25 25

                                                                                                                Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                セットアップと計算結果

                                                                                                                結果 (x=0)

                                                                                                                146

                                                                                                                セットアップと計算結果

                                                                                                                結果 (y=0)

                                                                                                                147

                                                                                                                • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                • 内容
                                                                                                                • 内容 (2)
                                                                                                                • 太陽活動と磁場
                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                • 先行研究の概観
                                                                                                                • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                • 本研究の目的
                                                                                                                • 内容 (3)
                                                                                                                • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                • 内容 (4)
                                                                                                                • 2次元軸方向計算
                                                                                                                • Slide 16
                                                                                                                • 光球付近における減速
                                                                                                                • パラメータ研究
                                                                                                                • 内容 (5)
                                                                                                                • 25次元断面方向計算
                                                                                                                • Slide 21
                                                                                                                • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                • 内容 (6)
                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                • 内容 (7)
                                                                                                                • まとめ
                                                                                                                • 今後の課題
                                                                                                                • Fin
                                                                                                                • 1 Introduction
                                                                                                                • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                • 3 3D Calculation
                                                                                                                • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                • What to Study in HAO
                                                                                                                • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                • Parameter Study
                                                                                                                • Parameter Study (2)
                                                                                                                • Parameter Study (3)
                                                                                                                • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                • Parameter Study (4)
                                                                                                                • Parameter Survey
                                                                                                                • Parameter Survey (2)
                                                                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                • Parameter Survey (3)
                                                                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                • Parameter Study (5)
                                                                                                                • Parameter Study (6)
                                                                                                                • Parameter Study typical case
                                                                                                                • Slide 59
                                                                                                                • Parameter Study BX strong
                                                                                                                • Slide 61
                                                                                                                • Parameter Study BX weak
                                                                                                                • Slide 63
                                                                                                                • Parameter Study (7)
                                                                                                                • Parameter Study q weak
                                                                                                                • Slide 66
                                                                                                                • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                • Setup
                                                                                                                • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                • Appendix
                                                                                                                • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                • 2-1 2D calculations
                                                                                                                • Slide 74
                                                                                                                • Deceleration near the Surface
                                                                                                                • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                • Summary of 3D Work
                                                                                                                • Observation
                                                                                                                • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                • Results
                                                                                                                • Results (2)
                                                                                                                • Results (3)
                                                                                                                • Results (4)
                                                                                                                • Results (5)
                                                                                                                • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                • Observation (2)
                                                                                                                • イントロダクション
                                                                                                                • 数値モデル
                                                                                                                • 議論とまとめ
                                                                                                                • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                • 太陽と磁場
                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                • 光球付近での減速機構
                                                                                                                • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                • 数値モデル (2)
                                                                                                                • 数値モデル (22)
                                                                                                                • 数値モデル (23)
                                                                                                                • 数値モデル (24)
                                                                                                                • 数値モデル (14)
                                                                                                                • 減速の物理 (34)
                                                                                                                • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                • 5 パラメータ研究
                                                                                                                • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                • Resistive Emergence Model
                                                                                                                • Preceding Studies(13)
                                                                                                                • Preceding Studies(23)
                                                                                                                • Preceding Studies(33)
                                                                                                                • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                • Setup and Results
                                                                                                                • セットアップと計算結果
                                                                                                                • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                  Parameter Study

                                                                                                                  Varying axial field strength BX

                                                                                                                  57

                                                                                                                  Parameter Study typical case

                                                                                                                  Varying axial field strength BX

                                                                                                                  58

                                                                                                                  59

                                                                                                                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                  Parameter Study typical case

                                                                                                                  Parameter Study BX strong

                                                                                                                  Varying axial field strength BX

                                                                                                                  60

                                                                                                                  61

                                                                                                                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                  Parameter Study BX strong

                                                                                                                  Parameter Study BX weak

                                                                                                                  Varying axial field strength BX

                                                                                                                  62

                                                                                                                  63

                                                                                                                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                  Parameter Study BX weak

                                                                                                                  Parameter Study

                                                                                                                  Varying initial twist q

                                                                                                                  64

                                                                                                                  Parameter Study q weak

                                                                                                                  Varying initial twist q

                                                                                                                  65

                                                                                                                  66

                                                                                                                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                  Parameter Study q weak

                                                                                                                  3-1 Setup and Results

                                                                                                                  67

                                                                                                                  Setup

                                                                                                                  Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                                                  qH0=01 case rarr

                                                                                                                  68

                                                                                                                  rqrBrB x

                                                                                                                  2

                                                                                                                  tube

                                                                                                                  2

                                                                                                                  tube expR

                                                                                                                  rBrBx

                                                                                                                  3-2 Summary of 3D Work

                                                                                                                  69

                                                                                                                  Appendix

                                                                                                                  70

                                                                                                                  Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                  71

                                                                                                                  North Pole

                                                                                                                  Equator

                                                                                                                  Convection Zone

                                                                                                                  Radiative Zone

                                                                                                                  Core

                                                                                                                  Zwaan (1985)

                                                                                                                  Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                  Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                                                  (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                                                  72

                                                                                                                  North Pole

                                                                                                                  Equator

                                                                                                                  Convection Zone

                                                                                                                  Radiative Zone

                                                                                                                  Core

                                                                                                                  2-1 2D calculations

                                                                                                                  73

                                                                                                                  Apex of the Emerging Loop

                                                                                                                  Height Zapex

                                                                                                                  Rise Velocity VZapex

                                                                                                                  Surfacerarr

                                                                                                                  74

                                                                                                                  -20000 kmrarr

                                                                                                                  Axial Calculation Results

                                                                                                                  Magneticflux

                                                                                                                  Accumulateddensity

                                                                                                                  Magneticflux

                                                                                                                  Accumulateddensity

                                                                                                                  Accumulateddensity

                                                                                                                  Magneticflux

                                                                                                                  Deceleration near the Surface

                                                                                                                  Accumulated density

                                                                                                                  75

                                                                                                                  0 t

                                                                                                                  2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                                  76

                                                                                                                  2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                                  77

                                                                                                                  2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                                  78

                                                                                                                  Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                                  79

                                                                                                                  Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                  80

                                                                                                                  Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                                  81

                                                                                                                  Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                  Logarithmic density

                                                                                                                  Summary of 3D Work

                                                                                                                  Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                                  Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                                  82

                                                                                                                  Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                                  decelerates and

                                                                                                                  expands horizontally

                                                                                                                  Otsuji et al (2010)83

                                                                                                                  Observation

                                                                                                                  Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                  84

                                                                                                                  Results

                                                                                                                  Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                  85

                                                                                                                  q large

                                                                                                                  q small

                                                                                                                  Results

                                                                                                                  Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                  86

                                                                                                                  Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                  Results

                                                                                                                  Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                  87

                                                                                                                  Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                  Results

                                                                                                                  Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                  q large obeys the initial

                                                                                                                  q2 law because the tube

                                                                                                                  keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                  because it takes more time

                                                                                                                  to emerge to the corona

                                                                                                                  and Emag is stored in the

                                                                                                                  photospheric tongue 88

                                                                                                                  dVB

                                                                                                                  Ez

                                                                                                                  0

                                                                                                                  2

                                                                                                                  mag 8

                                                                                                                  Results

                                                                                                                  Cross-section when

                                                                                                                  the apex reaches zH0=40

                                                                                                                  89

                                                                                                                  Large-scale 3D calculation

                                                                                                                  Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                  90

                                                                                                                  Large-scale 3D calculation

                                                                                                                  Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                  91

                                                                                                                  Large-scale 3D calculation

                                                                                                                  Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                  92

                                                                                                                  Observation

                                                                                                                  Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                  decelerates and

                                                                                                                  expands horizontally

                                                                                                                  Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                  イントロダクション

                                                                                                                  ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                  考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                  (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                  94

                                                                                                                  数値モデル

                                                                                                                  初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                  ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                  磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                  磁束管の内部圧力を

                                                                                                                    と表すこのとき force balance

                                                                                                                   が保たれるよう

                                                                                                                   とする

                                                                                                                  rqrBrB x

                                                                                                                  2

                                                                                                                  tube

                                                                                                                  2

                                                                                                                  tube expR

                                                                                                                  rBrBx

                                                                                                                  r

                                                                                                                  BBB

                                                                                                                  dr

                                                                                                                  d

                                                                                                                  dr

                                                                                                                  dp x

                                                                                                                  48

                                                                                                                  222

                                                                                                                  exc

                                                                                                                  222

                                                                                                                  tube2exc 1

                                                                                                                  28

                                                                                                                  1xBr

                                                                                                                  Rqp

                                                                                                                  rpzpzyp excsi

                                                                                                                  B

                                                                                                                  x

                                                                                                                  r

                                                                                                                  B

                                                                                                                  BX

                                                                                                                  2πr

                                                                                                                  95

                                                                                                                  議論とまとめ

                                                                                                                  結果の比較

                                                                                                                  物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                  初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                  総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                  初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                  磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                  初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                  1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                  減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                  96

                                                                                                                  断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                  議論とまとめ

                                                                                                                  3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                  軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                  総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                  考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                  倍 )

                                                                                                                  将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                  97

                                                                                                                  1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                  太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                  太陽と磁場

                                                                                                                  Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                  98

                                                                                                                  活動領域と浮上磁場

                                                                                                                  活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                  磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                  太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                  Zwaan (1985)

                                                                                                                  Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                  99

                                                                                                                  磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                  磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                  る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                  Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                  内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                  外圧 Pe

                                                                                                                  ggf ieb )(

                                                                                                                  100

                                                                                                                  活動領域と浮上磁場

                                                                                                                  AR 10926

                                                                                                                  101

                                                                                                                  磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                  磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                  102

                                                                                                                  対流層内部における近似計算

                                                                                                                  ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                  た 細管近似

                                                                                                                  対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                  物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                  Caligari et al (1995)

                                                                                                                  103

                                                                                                                  対流層内部における近似計算

                                                                                                                  非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                  大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                  中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                  Fan (2001a)104

                                                                                                                  対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                  しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                  細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                  したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                  105

                                                                                                                  浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                  光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                  的にコロナへ浮上

                                                                                                                  対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                  Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                  光球付近での減速機構

                                                                                                                  光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                  Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                  Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                  Magara (2001)

                                                                                                                  107

                                                                                                                  本研究の目的 (12)

                                                                                                                  上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                  しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                  対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                  しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                  したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                  108

                                                                                                                  本研究の目的 (22)

                                                                                                                  そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                  対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                  典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                  典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                  本研究の目的

                                                                                                                  減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                  2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                  典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                  典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                  数値モデル

                                                                                                                  初期条件

                                                                                                                  xH-400 0 400

                                                                                                                  zH

                                                                                                                  200

                                                                                                                  100

                                                                                                                  -200

                                                                                                                  -100

                                                                                                                  NX timesNZ

                                                                                                                  =1536times1920

                                                                                                                  BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                  磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                  磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                  光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                  111

                                                                                                                  LX = 16 万 km

                                                                                                                  LZ = 8 万 km

                                                                                                                  数値モデル (22)

                                                                                                                  対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                  無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                  速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                  時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                  密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                  圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                  温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                  磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                  数値モデル (23)

                                                                                                                  初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                  磁場BX

                                                                                                                  密度ρ

                                                                                                                  圧力 p

                                                                                                                  温度 T

                                                                                                                  対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                  113

                                                                                                                  数値モデル (24)

                                                                                                                  境界条件

                                                                                                                  -400 0 400

                                                                                                                  200

                                                                                                                  100

                                                                                                                  -200

                                                                                                                  -100

                                                                                                                  周期境界 対称境界

                                                                                                                  減衰領域

                                                                                                                  x H0

                                                                                                                  z H0

                                                                                                                  114

                                                                                                                  数値モデル (14)

                                                                                                                  初期条件

                                                                                                                  x H0

                                                                                                                  -400 0 400

                                                                                                                  z H0

                                                                                                                  200

                                                                                                                  100

                                                                                                                  -200

                                                                                                                  -100

                                                                                                                  NZ=1920

                                                                                                                  NX=1536

                                                                                                                  BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                  width D

                                                                                                                  z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                  115

                                                                                                                  減速の物理 (34)

                                                                                                                  磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                  116

                                                                                                                  減速の物理 (34)

                                                                                                                  磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                  シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                  磁束シートの浮上

                                                                                                                  磁束シートが平らになる

                                                                                                                  減速

                                                                                                                  117

                                                                                                                  光球付近における減速

                                                                                                                  磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                  磁場

                                                                                                                  密度差

                                                                                                                  磁場

                                                                                                                  密度差密度差

                                                                                                                  磁場

                                                                                                                  118

                                                                                                                  5 パラメータ研究

                                                                                                                  119

                                                                                                                  パラメータ研究 (111)

                                                                                                                  磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                  総磁束量 Φ

                                                                                                                  を変えた計算を行った

                                                                                                                  総磁束量 Φ

                                                                                                                  磁場強度 BX

                                                                                                                  120

                                                                                                                  パラメータ研究 (211)

                                                                                                                  2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                  点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                  121

                                                                                                                  パラメータ研究 (311)

                                                                                                                  減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                  122

                                                                                                                  パラメータ研究 (511)

                                                                                                                  2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                  123

                                                                                                                  パラメータ研究 (611)

                                                                                                                  2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                  124

                                                                                                                  パラメータ研究 (711)

                                                                                                                  times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                  125

                                                                                                                  パラメータ研究 (811)

                                                                                                                  密度磁力線速度場126

                                                                                                                  パラメータ研究 (911)

                                                                                                                  対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                  EmagEkin lt 1

                                                                                                                  127

                                                                                                                  パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                  times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                  軸方向計算のまとめ

                                                                                                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                  減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                  129

                                                                                                                  断面方向計算のまとめ

                                                                                                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                  減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                  130

                                                                                                                  Resistive Emergence Model

                                                                                                                  Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                  observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                  2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                  3D simulations131

                                                                                                                  Preceding Studies(13)

                                                                                                                  Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                  force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                  that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                  132

                                                                                                                  Preceding Studies(23)

                                                                                                                  Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                  persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                  133

                                                                                                                  Preceding Studies(33)

                                                                                                                  Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                  gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                  Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                  zzz pF BJg

                                                                                                                  134

                                                                                                                  Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                  135

                                                                                                                  Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                  Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                  magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                   rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                   rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                   rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                  Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                  136

                                                                                                                  3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                  137

                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                  Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                  138

                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                  Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                  twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                  139

                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                  Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                  emerged

                                                                                                                  q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                  q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                  140

                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                  Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                  141

                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                  Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                  Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                  142

                                                                                                                  Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                  Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                  Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                  Radius Rtube 5 25

                                                                                                                  Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                  Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                  Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                  Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                  Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                  plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                  at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                  143

                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                  Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                  on the initial twist q

                                                                                                                  q large direct emergence

                                                                                                                    Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                    Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                  144

                                                                                                                  dVB

                                                                                                                  E corona

                                                                                                                  2

                                                                                                                  mag 8

                                                                                                                  Setup and Results

                                                                                                                  Conditions

                                                                                                                  q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                  145

                                                                                                                  Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                  Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                  Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                  Radius Rtube 25 25

                                                                                                                  Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                  Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                  Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                  Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                  セットアップと計算結果

                                                                                                                  結果 (x=0)

                                                                                                                  146

                                                                                                                  セットアップと計算結果

                                                                                                                  結果 (y=0)

                                                                                                                  147

                                                                                                                  • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                  • 内容
                                                                                                                  • 内容 (2)
                                                                                                                  • 太陽活動と磁場
                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                  • 先行研究の概観
                                                                                                                  • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                  • 本研究の目的
                                                                                                                  • 内容 (3)
                                                                                                                  • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                  • 内容 (4)
                                                                                                                  • 2次元軸方向計算
                                                                                                                  • Slide 16
                                                                                                                  • 光球付近における減速
                                                                                                                  • パラメータ研究
                                                                                                                  • 内容 (5)
                                                                                                                  • 25次元断面方向計算
                                                                                                                  • Slide 21
                                                                                                                  • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                  • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                  • 内容 (6)
                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                  • 内容 (7)
                                                                                                                  • まとめ
                                                                                                                  • 今後の課題
                                                                                                                  • Fin
                                                                                                                  • 1 Introduction
                                                                                                                  • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                  • 3 3D Calculation
                                                                                                                  • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                  • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                  • What to Study in HAO
                                                                                                                  • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                  • Parameter Study
                                                                                                                  • Parameter Study (2)
                                                                                                                  • Parameter Study (3)
                                                                                                                  • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                  • Parameter Study (4)
                                                                                                                  • Parameter Survey
                                                                                                                  • Parameter Survey (2)
                                                                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                  • Parameter Survey (3)
                                                                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                  • Parameter Study (5)
                                                                                                                  • Parameter Study (6)
                                                                                                                  • Parameter Study typical case
                                                                                                                  • Slide 59
                                                                                                                  • Parameter Study BX strong
                                                                                                                  • Slide 61
                                                                                                                  • Parameter Study BX weak
                                                                                                                  • Slide 63
                                                                                                                  • Parameter Study (7)
                                                                                                                  • Parameter Study q weak
                                                                                                                  • Slide 66
                                                                                                                  • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                  • Setup
                                                                                                                  • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                  • Appendix
                                                                                                                  • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                  • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                  • 2-1 2D calculations
                                                                                                                  • Slide 74
                                                                                                                  • Deceleration near the Surface
                                                                                                                  • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                  • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                  • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                  • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                  • Summary of 3D Work
                                                                                                                  • Observation
                                                                                                                  • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                  • Results
                                                                                                                  • Results (2)
                                                                                                                  • Results (3)
                                                                                                                  • Results (4)
                                                                                                                  • Results (5)
                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                  • Observation (2)
                                                                                                                  • イントロダクション
                                                                                                                  • 数値モデル
                                                                                                                  • 議論とまとめ
                                                                                                                  • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                  • 太陽と磁場
                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                  • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                  • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                  • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                  • 光球付近での減速機構
                                                                                                                  • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                  • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                  • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                  • 数値モデル (2)
                                                                                                                  • 数値モデル (22)
                                                                                                                  • 数値モデル (23)
                                                                                                                  • 数値モデル (24)
                                                                                                                  • 数値モデル (14)
                                                                                                                  • 減速の物理 (34)
                                                                                                                  • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                  • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                  • 5 パラメータ研究
                                                                                                                  • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                  • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                  • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                  • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                  • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                  • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                  • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                  • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                  • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                  • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                  • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                  • Resistive Emergence Model
                                                                                                                  • Preceding Studies(13)
                                                                                                                  • Preceding Studies(23)
                                                                                                                  • Preceding Studies(33)
                                                                                                                  • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                  • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                  • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                  • Setup and Results
                                                                                                                  • セットアップと計算結果
                                                                                                                  • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                    Parameter Study typical case

                                                                                                                    Varying axial field strength BX

                                                                                                                    58

                                                                                                                    59

                                                                                                                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                    Parameter Study typical case

                                                                                                                    Parameter Study BX strong

                                                                                                                    Varying axial field strength BX

                                                                                                                    60

                                                                                                                    61

                                                                                                                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                    Parameter Study BX strong

                                                                                                                    Parameter Study BX weak

                                                                                                                    Varying axial field strength BX

                                                                                                                    62

                                                                                                                    63

                                                                                                                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                    Parameter Study BX weak

                                                                                                                    Parameter Study

                                                                                                                    Varying initial twist q

                                                                                                                    64

                                                                                                                    Parameter Study q weak

                                                                                                                    Varying initial twist q

                                                                                                                    65

                                                                                                                    66

                                                                                                                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                    Parameter Study q weak

                                                                                                                    3-1 Setup and Results

                                                                                                                    67

                                                                                                                    Setup

                                                                                                                    Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                                                    qH0=01 case rarr

                                                                                                                    68

                                                                                                                    rqrBrB x

                                                                                                                    2

                                                                                                                    tube

                                                                                                                    2

                                                                                                                    tube expR

                                                                                                                    rBrBx

                                                                                                                    3-2 Summary of 3D Work

                                                                                                                    69

                                                                                                                    Appendix

                                                                                                                    70

                                                                                                                    Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                    71

                                                                                                                    North Pole

                                                                                                                    Equator

                                                                                                                    Convection Zone

                                                                                                                    Radiative Zone

                                                                                                                    Core

                                                                                                                    Zwaan (1985)

                                                                                                                    Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                    Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                                                    (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                                                    72

                                                                                                                    North Pole

                                                                                                                    Equator

                                                                                                                    Convection Zone

                                                                                                                    Radiative Zone

                                                                                                                    Core

                                                                                                                    2-1 2D calculations

                                                                                                                    73

                                                                                                                    Apex of the Emerging Loop

                                                                                                                    Height Zapex

                                                                                                                    Rise Velocity VZapex

                                                                                                                    Surfacerarr

                                                                                                                    74

                                                                                                                    -20000 kmrarr

                                                                                                                    Axial Calculation Results

                                                                                                                    Magneticflux

                                                                                                                    Accumulateddensity

                                                                                                                    Magneticflux

                                                                                                                    Accumulateddensity

                                                                                                                    Accumulateddensity

                                                                                                                    Magneticflux

                                                                                                                    Deceleration near the Surface

                                                                                                                    Accumulated density

                                                                                                                    75

                                                                                                                    0 t

                                                                                                                    2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                                    76

                                                                                                                    2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                                    77

                                                                                                                    2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                                    78

                                                                                                                    Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                                    79

                                                                                                                    Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                    80

                                                                                                                    Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                                    81

                                                                                                                    Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                    Logarithmic density

                                                                                                                    Summary of 3D Work

                                                                                                                    Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                                    Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                                    82

                                                                                                                    Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                                    decelerates and

                                                                                                                    expands horizontally

                                                                                                                    Otsuji et al (2010)83

                                                                                                                    Observation

                                                                                                                    Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                    84

                                                                                                                    Results

                                                                                                                    Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                    85

                                                                                                                    q large

                                                                                                                    q small

                                                                                                                    Results

                                                                                                                    Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                    86

                                                                                                                    Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                    Results

                                                                                                                    Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                    87

                                                                                                                    Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                    Results

                                                                                                                    Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                    q large obeys the initial

                                                                                                                    q2 law because the tube

                                                                                                                    keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                    because it takes more time

                                                                                                                    to emerge to the corona

                                                                                                                    and Emag is stored in the

                                                                                                                    photospheric tongue 88

                                                                                                                    dVB

                                                                                                                    Ez

                                                                                                                    0

                                                                                                                    2

                                                                                                                    mag 8

                                                                                                                    Results

                                                                                                                    Cross-section when

                                                                                                                    the apex reaches zH0=40

                                                                                                                    89

                                                                                                                    Large-scale 3D calculation

                                                                                                                    Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                    90

                                                                                                                    Large-scale 3D calculation

                                                                                                                    Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                    91

                                                                                                                    Large-scale 3D calculation

                                                                                                                    Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                    92

                                                                                                                    Observation

                                                                                                                    Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                    decelerates and

                                                                                                                    expands horizontally

                                                                                                                    Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                    イントロダクション

                                                                                                                    ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                    考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                    (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                    94

                                                                                                                    数値モデル

                                                                                                                    初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                    ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                    磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                    磁束管の内部圧力を

                                                                                                                      と表すこのとき force balance

                                                                                                                     が保たれるよう

                                                                                                                     とする

                                                                                                                    rqrBrB x

                                                                                                                    2

                                                                                                                    tube

                                                                                                                    2

                                                                                                                    tube expR

                                                                                                                    rBrBx

                                                                                                                    r

                                                                                                                    BBB

                                                                                                                    dr

                                                                                                                    d

                                                                                                                    dr

                                                                                                                    dp x

                                                                                                                    48

                                                                                                                    222

                                                                                                                    exc

                                                                                                                    222

                                                                                                                    tube2exc 1

                                                                                                                    28

                                                                                                                    1xBr

                                                                                                                    Rqp

                                                                                                                    rpzpzyp excsi

                                                                                                                    B

                                                                                                                    x

                                                                                                                    r

                                                                                                                    B

                                                                                                                    BX

                                                                                                                    2πr

                                                                                                                    95

                                                                                                                    議論とまとめ

                                                                                                                    結果の比較

                                                                                                                    物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                    初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                    総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                    初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                    磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                    初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                    1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                    減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                    96

                                                                                                                    断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                    議論とまとめ

                                                                                                                    3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                    軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                    総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                    考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                    倍 )

                                                                                                                    将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                    97

                                                                                                                    1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                    太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                    太陽と磁場

                                                                                                                    Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                    98

                                                                                                                    活動領域と浮上磁場

                                                                                                                    活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                    磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                    太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                    Zwaan (1985)

                                                                                                                    Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                    99

                                                                                                                    磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                    磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                    る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                    Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                    内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                    外圧 Pe

                                                                                                                    ggf ieb )(

                                                                                                                    100

                                                                                                                    活動領域と浮上磁場

                                                                                                                    AR 10926

                                                                                                                    101

                                                                                                                    磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                    磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                    102

                                                                                                                    対流層内部における近似計算

                                                                                                                    ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                    た 細管近似

                                                                                                                    対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                    物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                    Caligari et al (1995)

                                                                                                                    103

                                                                                                                    対流層内部における近似計算

                                                                                                                    非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                    大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                    中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                    Fan (2001a)104

                                                                                                                    対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                    しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                    細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                    したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                    105

                                                                                                                    浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                    光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                    的にコロナへ浮上

                                                                                                                    対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                    Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                    光球付近での減速機構

                                                                                                                    光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                    Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                    Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                    Magara (2001)

                                                                                                                    107

                                                                                                                    本研究の目的 (12)

                                                                                                                    上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                    しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                    対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                    しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                    したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                    108

                                                                                                                    本研究の目的 (22)

                                                                                                                    そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                    対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                    典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                    典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                    本研究の目的

                                                                                                                    減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                    2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                    典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                    典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                    数値モデル

                                                                                                                    初期条件

                                                                                                                    xH-400 0 400

                                                                                                                    zH

                                                                                                                    200

                                                                                                                    100

                                                                                                                    -200

                                                                                                                    -100

                                                                                                                    NX timesNZ

                                                                                                                    =1536times1920

                                                                                                                    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                    磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                    磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                    光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                    111

                                                                                                                    LX = 16 万 km

                                                                                                                    LZ = 8 万 km

                                                                                                                    数値モデル (22)

                                                                                                                    対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                    無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                    速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                    時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                    密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                    圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                    温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                    磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                    数値モデル (23)

                                                                                                                    初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                    磁場BX

                                                                                                                    密度ρ

                                                                                                                    圧力 p

                                                                                                                    温度 T

                                                                                                                    対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                    113

                                                                                                                    数値モデル (24)

                                                                                                                    境界条件

                                                                                                                    -400 0 400

                                                                                                                    200

                                                                                                                    100

                                                                                                                    -200

                                                                                                                    -100

                                                                                                                    周期境界 対称境界

                                                                                                                    減衰領域

                                                                                                                    x H0

                                                                                                                    z H0

                                                                                                                    114

                                                                                                                    数値モデル (14)

                                                                                                                    初期条件

                                                                                                                    x H0

                                                                                                                    -400 0 400

                                                                                                                    z H0

                                                                                                                    200

                                                                                                                    100

                                                                                                                    -200

                                                                                                                    -100

                                                                                                                    NZ=1920

                                                                                                                    NX=1536

                                                                                                                    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                    width D

                                                                                                                    z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                    115

                                                                                                                    減速の物理 (34)

                                                                                                                    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                    116

                                                                                                                    減速の物理 (34)

                                                                                                                    磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                    シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                    磁束シートの浮上

                                                                                                                    磁束シートが平らになる

                                                                                                                    減速

                                                                                                                    117

                                                                                                                    光球付近における減速

                                                                                                                    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                    磁場

                                                                                                                    密度差

                                                                                                                    磁場

                                                                                                                    密度差密度差

                                                                                                                    磁場

                                                                                                                    118

                                                                                                                    5 パラメータ研究

                                                                                                                    119

                                                                                                                    パラメータ研究 (111)

                                                                                                                    磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                    総磁束量 Φ

                                                                                                                    を変えた計算を行った

                                                                                                                    総磁束量 Φ

                                                                                                                    磁場強度 BX

                                                                                                                    120

                                                                                                                    パラメータ研究 (211)

                                                                                                                    2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                    点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                    121

                                                                                                                    パラメータ研究 (311)

                                                                                                                    減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                    122

                                                                                                                    パラメータ研究 (511)

                                                                                                                    2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                    123

                                                                                                                    パラメータ研究 (611)

                                                                                                                    2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                    124

                                                                                                                    パラメータ研究 (711)

                                                                                                                    times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                    125

                                                                                                                    パラメータ研究 (811)

                                                                                                                    密度磁力線速度場126

                                                                                                                    パラメータ研究 (911)

                                                                                                                    対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                    EmagEkin lt 1

                                                                                                                    127

                                                                                                                    パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                    times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                    軸方向計算のまとめ

                                                                                                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                    減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                    129

                                                                                                                    断面方向計算のまとめ

                                                                                                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                    減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                    130

                                                                                                                    Resistive Emergence Model

                                                                                                                    Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                    observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                    2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                    3D simulations131

                                                                                                                    Preceding Studies(13)

                                                                                                                    Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                    force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                    that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                    132

                                                                                                                    Preceding Studies(23)

                                                                                                                    Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                    persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                    133

                                                                                                                    Preceding Studies(33)

                                                                                                                    Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                    gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                    Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                    zzz pF BJg

                                                                                                                    134

                                                                                                                    Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                    135

                                                                                                                    Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                    Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                    magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                     rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                     rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                     rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                    Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                    136

                                                                                                                    3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                    137

                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                    Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                    138

                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                    Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                    twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                    139

                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                    Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                    emerged

                                                                                                                    q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                    q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                    140

                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                    Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                    141

                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                    Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                    Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                    142

                                                                                                                    Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                    Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                    Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                    Radius Rtube 5 25

                                                                                                                    Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                    Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                    Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                    Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                    Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                    plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                    at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                    143

                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                    Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                    on the initial twist q

                                                                                                                    q large direct emergence

                                                                                                                      Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                      Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                    144

                                                                                                                    dVB

                                                                                                                    E corona

                                                                                                                    2

                                                                                                                    mag 8

                                                                                                                    Setup and Results

                                                                                                                    Conditions

                                                                                                                    q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                    145

                                                                                                                    Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                    Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                    Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                    Radius Rtube 25 25

                                                                                                                    Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                    Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                    Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                    Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                    セットアップと計算結果

                                                                                                                    結果 (x=0)

                                                                                                                    146

                                                                                                                    セットアップと計算結果

                                                                                                                    結果 (y=0)

                                                                                                                    147

                                                                                                                    • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                    • 内容
                                                                                                                    • 内容 (2)
                                                                                                                    • 太陽活動と磁場
                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                    • 先行研究の概観
                                                                                                                    • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                    • 本研究の目的
                                                                                                                    • 内容 (3)
                                                                                                                    • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                    • 内容 (4)
                                                                                                                    • 2次元軸方向計算
                                                                                                                    • Slide 16
                                                                                                                    • 光球付近における減速
                                                                                                                    • パラメータ研究
                                                                                                                    • 内容 (5)
                                                                                                                    • 25次元断面方向計算
                                                                                                                    • Slide 21
                                                                                                                    • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                    • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                    • 内容 (6)
                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                    • 内容 (7)
                                                                                                                    • まとめ
                                                                                                                    • 今後の課題
                                                                                                                    • Fin
                                                                                                                    • 1 Introduction
                                                                                                                    • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                    • 3 3D Calculation
                                                                                                                    • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                    • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                    • What to Study in HAO
                                                                                                                    • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                    • Parameter Study
                                                                                                                    • Parameter Study (2)
                                                                                                                    • Parameter Study (3)
                                                                                                                    • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                    • Parameter Study (4)
                                                                                                                    • Parameter Survey
                                                                                                                    • Parameter Survey (2)
                                                                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                    • Parameter Survey (3)
                                                                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                    • Parameter Study (5)
                                                                                                                    • Parameter Study (6)
                                                                                                                    • Parameter Study typical case
                                                                                                                    • Slide 59
                                                                                                                    • Parameter Study BX strong
                                                                                                                    • Slide 61
                                                                                                                    • Parameter Study BX weak
                                                                                                                    • Slide 63
                                                                                                                    • Parameter Study (7)
                                                                                                                    • Parameter Study q weak
                                                                                                                    • Slide 66
                                                                                                                    • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                    • Setup
                                                                                                                    • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                    • Appendix
                                                                                                                    • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                    • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                    • 2-1 2D calculations
                                                                                                                    • Slide 74
                                                                                                                    • Deceleration near the Surface
                                                                                                                    • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                    • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                    • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                    • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                    • Summary of 3D Work
                                                                                                                    • Observation
                                                                                                                    • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                    • Results
                                                                                                                    • Results (2)
                                                                                                                    • Results (3)
                                                                                                                    • Results (4)
                                                                                                                    • Results (5)
                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                    • Observation (2)
                                                                                                                    • イントロダクション
                                                                                                                    • 数値モデル
                                                                                                                    • 議論とまとめ
                                                                                                                    • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                    • 太陽と磁場
                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                    • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                    • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                    • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                    • 光球付近での減速機構
                                                                                                                    • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                    • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                    • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                    • 数値モデル (2)
                                                                                                                    • 数値モデル (22)
                                                                                                                    • 数値モデル (23)
                                                                                                                    • 数値モデル (24)
                                                                                                                    • 数値モデル (14)
                                                                                                                    • 減速の物理 (34)
                                                                                                                    • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                    • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                    • 5 パラメータ研究
                                                                                                                    • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                    • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                    • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                    • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                    • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                    • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                    • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                    • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                    • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                    • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                    • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                    • Resistive Emergence Model
                                                                                                                    • Preceding Studies(13)
                                                                                                                    • Preceding Studies(23)
                                                                                                                    • Preceding Studies(33)
                                                                                                                    • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                    • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                    • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                    • Setup and Results
                                                                                                                    • セットアップと計算結果
                                                                                                                    • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                      59

                                                                                                                      Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                      Parameter Study typical case

                                                                                                                      Parameter Study BX strong

                                                                                                                      Varying axial field strength BX

                                                                                                                      60

                                                                                                                      61

                                                                                                                      Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                      Parameter Study BX strong

                                                                                                                      Parameter Study BX weak

                                                                                                                      Varying axial field strength BX

                                                                                                                      62

                                                                                                                      63

                                                                                                                      Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                      Parameter Study BX weak

                                                                                                                      Parameter Study

                                                                                                                      Varying initial twist q

                                                                                                                      64

                                                                                                                      Parameter Study q weak

                                                                                                                      Varying initial twist q

                                                                                                                      65

                                                                                                                      66

                                                                                                                      Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                      Parameter Study q weak

                                                                                                                      3-1 Setup and Results

                                                                                                                      67

                                                                                                                      Setup

                                                                                                                      Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                                                      qH0=01 case rarr

                                                                                                                      68

                                                                                                                      rqrBrB x

                                                                                                                      2

                                                                                                                      tube

                                                                                                                      2

                                                                                                                      tube expR

                                                                                                                      rBrBx

                                                                                                                      3-2 Summary of 3D Work

                                                                                                                      69

                                                                                                                      Appendix

                                                                                                                      70

                                                                                                                      Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                      71

                                                                                                                      North Pole

                                                                                                                      Equator

                                                                                                                      Convection Zone

                                                                                                                      Radiative Zone

                                                                                                                      Core

                                                                                                                      Zwaan (1985)

                                                                                                                      Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                      Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                                                      (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                                                      72

                                                                                                                      North Pole

                                                                                                                      Equator

                                                                                                                      Convection Zone

                                                                                                                      Radiative Zone

                                                                                                                      Core

                                                                                                                      2-1 2D calculations

                                                                                                                      73

                                                                                                                      Apex of the Emerging Loop

                                                                                                                      Height Zapex

                                                                                                                      Rise Velocity VZapex

                                                                                                                      Surfacerarr

                                                                                                                      74

                                                                                                                      -20000 kmrarr

                                                                                                                      Axial Calculation Results

                                                                                                                      Magneticflux

                                                                                                                      Accumulateddensity

                                                                                                                      Magneticflux

                                                                                                                      Accumulateddensity

                                                                                                                      Accumulateddensity

                                                                                                                      Magneticflux

                                                                                                                      Deceleration near the Surface

                                                                                                                      Accumulated density

                                                                                                                      75

                                                                                                                      0 t

                                                                                                                      2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                                      76

                                                                                                                      2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                                      77

                                                                                                                      2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                                      78

                                                                                                                      Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                                      79

                                                                                                                      Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                      80

                                                                                                                      Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                                      81

                                                                                                                      Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                      Logarithmic density

                                                                                                                      Summary of 3D Work

                                                                                                                      Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                                      Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                                      82

                                                                                                                      Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                                      decelerates and

                                                                                                                      expands horizontally

                                                                                                                      Otsuji et al (2010)83

                                                                                                                      Observation

                                                                                                                      Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                      84

                                                                                                                      Results

                                                                                                                      Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                      85

                                                                                                                      q large

                                                                                                                      q small

                                                                                                                      Results

                                                                                                                      Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                      86

                                                                                                                      Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                      Results

                                                                                                                      Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                      87

                                                                                                                      Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                      Results

                                                                                                                      Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                      q large obeys the initial

                                                                                                                      q2 law because the tube

                                                                                                                      keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                      because it takes more time

                                                                                                                      to emerge to the corona

                                                                                                                      and Emag is stored in the

                                                                                                                      photospheric tongue 88

                                                                                                                      dVB

                                                                                                                      Ez

                                                                                                                      0

                                                                                                                      2

                                                                                                                      mag 8

                                                                                                                      Results

                                                                                                                      Cross-section when

                                                                                                                      the apex reaches zH0=40

                                                                                                                      89

                                                                                                                      Large-scale 3D calculation

                                                                                                                      Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                      90

                                                                                                                      Large-scale 3D calculation

                                                                                                                      Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                      91

                                                                                                                      Large-scale 3D calculation

                                                                                                                      Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                      92

                                                                                                                      Observation

                                                                                                                      Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                      decelerates and

                                                                                                                      expands horizontally

                                                                                                                      Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                      イントロダクション

                                                                                                                      ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                      考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                      (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                      94

                                                                                                                      数値モデル

                                                                                                                      初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                      ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                      磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                      磁束管の内部圧力を

                                                                                                                        と表すこのとき force balance

                                                                                                                       が保たれるよう

                                                                                                                       とする

                                                                                                                      rqrBrB x

                                                                                                                      2

                                                                                                                      tube

                                                                                                                      2

                                                                                                                      tube expR

                                                                                                                      rBrBx

                                                                                                                      r

                                                                                                                      BBB

                                                                                                                      dr

                                                                                                                      d

                                                                                                                      dr

                                                                                                                      dp x

                                                                                                                      48

                                                                                                                      222

                                                                                                                      exc

                                                                                                                      222

                                                                                                                      tube2exc 1

                                                                                                                      28

                                                                                                                      1xBr

                                                                                                                      Rqp

                                                                                                                      rpzpzyp excsi

                                                                                                                      B

                                                                                                                      x

                                                                                                                      r

                                                                                                                      B

                                                                                                                      BX

                                                                                                                      2πr

                                                                                                                      95

                                                                                                                      議論とまとめ

                                                                                                                      結果の比較

                                                                                                                      物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                      初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                      総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                      初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                      磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                      初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                      1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                      減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                      96

                                                                                                                      断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                      議論とまとめ

                                                                                                                      3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                      軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                      総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                      考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                      倍 )

                                                                                                                      将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                      97

                                                                                                                      1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                      太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                      太陽と磁場

                                                                                                                      Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                      98

                                                                                                                      活動領域と浮上磁場

                                                                                                                      活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                      磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                      太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                      Zwaan (1985)

                                                                                                                      Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                      99

                                                                                                                      磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                      磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                      る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                      Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                      内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                      外圧 Pe

                                                                                                                      ggf ieb )(

                                                                                                                      100

                                                                                                                      活動領域と浮上磁場

                                                                                                                      AR 10926

                                                                                                                      101

                                                                                                                      磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                      磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                      102

                                                                                                                      対流層内部における近似計算

                                                                                                                      ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                      た 細管近似

                                                                                                                      対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                      物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                      Caligari et al (1995)

                                                                                                                      103

                                                                                                                      対流層内部における近似計算

                                                                                                                      非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                      大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                      中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                      Fan (2001a)104

                                                                                                                      対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                      しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                      細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                      したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                      105

                                                                                                                      浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                      光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                      的にコロナへ浮上

                                                                                                                      対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                      Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                      光球付近での減速機構

                                                                                                                      光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                      Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                      Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                      Magara (2001)

                                                                                                                      107

                                                                                                                      本研究の目的 (12)

                                                                                                                      上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                      しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                      対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                      しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                      したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                      108

                                                                                                                      本研究の目的 (22)

                                                                                                                      そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                      対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                      典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                      典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                      本研究の目的

                                                                                                                      減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                      2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                      典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                      典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                      数値モデル

                                                                                                                      初期条件

                                                                                                                      xH-400 0 400

                                                                                                                      zH

                                                                                                                      200

                                                                                                                      100

                                                                                                                      -200

                                                                                                                      -100

                                                                                                                      NX timesNZ

                                                                                                                      =1536times1920

                                                                                                                      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                      磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                      磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                      光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                      111

                                                                                                                      LX = 16 万 km

                                                                                                                      LZ = 8 万 km

                                                                                                                      数値モデル (22)

                                                                                                                      対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                      無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                      速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                      時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                      密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                      圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                      温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                      磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                      数値モデル (23)

                                                                                                                      初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                      磁場BX

                                                                                                                      密度ρ

                                                                                                                      圧力 p

                                                                                                                      温度 T

                                                                                                                      対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                      113

                                                                                                                      数値モデル (24)

                                                                                                                      境界条件

                                                                                                                      -400 0 400

                                                                                                                      200

                                                                                                                      100

                                                                                                                      -200

                                                                                                                      -100

                                                                                                                      周期境界 対称境界

                                                                                                                      減衰領域

                                                                                                                      x H0

                                                                                                                      z H0

                                                                                                                      114

                                                                                                                      数値モデル (14)

                                                                                                                      初期条件

                                                                                                                      x H0

                                                                                                                      -400 0 400

                                                                                                                      z H0

                                                                                                                      200

                                                                                                                      100

                                                                                                                      -200

                                                                                                                      -100

                                                                                                                      NZ=1920

                                                                                                                      NX=1536

                                                                                                                      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                      width D

                                                                                                                      z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                      115

                                                                                                                      減速の物理 (34)

                                                                                                                      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                      116

                                                                                                                      減速の物理 (34)

                                                                                                                      磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                      シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                      磁束シートの浮上

                                                                                                                      磁束シートが平らになる

                                                                                                                      減速

                                                                                                                      117

                                                                                                                      光球付近における減速

                                                                                                                      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                      磁場

                                                                                                                      密度差

                                                                                                                      磁場

                                                                                                                      密度差密度差

                                                                                                                      磁場

                                                                                                                      118

                                                                                                                      5 パラメータ研究

                                                                                                                      119

                                                                                                                      パラメータ研究 (111)

                                                                                                                      磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                      総磁束量 Φ

                                                                                                                      を変えた計算を行った

                                                                                                                      総磁束量 Φ

                                                                                                                      磁場強度 BX

                                                                                                                      120

                                                                                                                      パラメータ研究 (211)

                                                                                                                      2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                      点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                      121

                                                                                                                      パラメータ研究 (311)

                                                                                                                      減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                      122

                                                                                                                      パラメータ研究 (511)

                                                                                                                      2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                      123

                                                                                                                      パラメータ研究 (611)

                                                                                                                      2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                      124

                                                                                                                      パラメータ研究 (711)

                                                                                                                      times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                      125

                                                                                                                      パラメータ研究 (811)

                                                                                                                      密度磁力線速度場126

                                                                                                                      パラメータ研究 (911)

                                                                                                                      対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                      EmagEkin lt 1

                                                                                                                      127

                                                                                                                      パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                      times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                      軸方向計算のまとめ

                                                                                                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                      減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                      129

                                                                                                                      断面方向計算のまとめ

                                                                                                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                      減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                      130

                                                                                                                      Resistive Emergence Model

                                                                                                                      Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                      observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                      2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                      3D simulations131

                                                                                                                      Preceding Studies(13)

                                                                                                                      Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                      force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                      that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                      132

                                                                                                                      Preceding Studies(23)

                                                                                                                      Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                      persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                      133

                                                                                                                      Preceding Studies(33)

                                                                                                                      Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                      gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                      Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                      zzz pF BJg

                                                                                                                      134

                                                                                                                      Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                      135

                                                                                                                      Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                      Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                      magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                       rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                       rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                       rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                      Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                      136

                                                                                                                      3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                      137

                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                      Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                      138

                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                      Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                      twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                      139

                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                      Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                      emerged

                                                                                                                      q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                      q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                      140

                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                      Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                      141

                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                      Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                      Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                      142

                                                                                                                      Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                      Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                      Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                      Radius Rtube 5 25

                                                                                                                      Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                      Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                      Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                      Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                      Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                      plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                      at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                      143

                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                      Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                      on the initial twist q

                                                                                                                      q large direct emergence

                                                                                                                        Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                        Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                      144

                                                                                                                      dVB

                                                                                                                      E corona

                                                                                                                      2

                                                                                                                      mag 8

                                                                                                                      Setup and Results

                                                                                                                      Conditions

                                                                                                                      q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                      145

                                                                                                                      Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                      Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                      Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                      Radius Rtube 25 25

                                                                                                                      Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                      Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                      Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                      Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                      セットアップと計算結果

                                                                                                                      結果 (x=0)

                                                                                                                      146

                                                                                                                      セットアップと計算結果

                                                                                                                      結果 (y=0)

                                                                                                                      147

                                                                                                                      • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                      • 内容
                                                                                                                      • 内容 (2)
                                                                                                                      • 太陽活動と磁場
                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                      • 先行研究の概観
                                                                                                                      • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                      • 本研究の目的
                                                                                                                      • 内容 (3)
                                                                                                                      • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                      • 内容 (4)
                                                                                                                      • 2次元軸方向計算
                                                                                                                      • Slide 16
                                                                                                                      • 光球付近における減速
                                                                                                                      • パラメータ研究
                                                                                                                      • 内容 (5)
                                                                                                                      • 25次元断面方向計算
                                                                                                                      • Slide 21
                                                                                                                      • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                      • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                      • 内容 (6)
                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                      • 内容 (7)
                                                                                                                      • まとめ
                                                                                                                      • 今後の課題
                                                                                                                      • Fin
                                                                                                                      • 1 Introduction
                                                                                                                      • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                      • 3 3D Calculation
                                                                                                                      • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                      • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                      • What to Study in HAO
                                                                                                                      • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                      • Parameter Study
                                                                                                                      • Parameter Study (2)
                                                                                                                      • Parameter Study (3)
                                                                                                                      • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                      • Parameter Study (4)
                                                                                                                      • Parameter Survey
                                                                                                                      • Parameter Survey (2)
                                                                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                      • Parameter Survey (3)
                                                                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                      • Parameter Study (5)
                                                                                                                      • Parameter Study (6)
                                                                                                                      • Parameter Study typical case
                                                                                                                      • Slide 59
                                                                                                                      • Parameter Study BX strong
                                                                                                                      • Slide 61
                                                                                                                      • Parameter Study BX weak
                                                                                                                      • Slide 63
                                                                                                                      • Parameter Study (7)
                                                                                                                      • Parameter Study q weak
                                                                                                                      • Slide 66
                                                                                                                      • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                      • Setup
                                                                                                                      • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                      • Appendix
                                                                                                                      • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                      • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                      • 2-1 2D calculations
                                                                                                                      • Slide 74
                                                                                                                      • Deceleration near the Surface
                                                                                                                      • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                      • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                      • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                      • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                      • Summary of 3D Work
                                                                                                                      • Observation
                                                                                                                      • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                      • Results
                                                                                                                      • Results (2)
                                                                                                                      • Results (3)
                                                                                                                      • Results (4)
                                                                                                                      • Results (5)
                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                      • Observation (2)
                                                                                                                      • イントロダクション
                                                                                                                      • 数値モデル
                                                                                                                      • 議論とまとめ
                                                                                                                      • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                      • 太陽と磁場
                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                      • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                      • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                      • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                      • 光球付近での減速機構
                                                                                                                      • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                      • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                      • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                      • 数値モデル (2)
                                                                                                                      • 数値モデル (22)
                                                                                                                      • 数値モデル (23)
                                                                                                                      • 数値モデル (24)
                                                                                                                      • 数値モデル (14)
                                                                                                                      • 減速の物理 (34)
                                                                                                                      • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                      • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                      • 5 パラメータ研究
                                                                                                                      • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                      • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                      • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                      • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                      • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                      • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                      • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                      • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                      • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                      • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                      • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                      • Resistive Emergence Model
                                                                                                                      • Preceding Studies(13)
                                                                                                                      • Preceding Studies(23)
                                                                                                                      • Preceding Studies(33)
                                                                                                                      • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                      • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                      • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                      • Setup and Results
                                                                                                                      • セットアップと計算結果
                                                                                                                      • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                        Parameter Study BX strong

                                                                                                                        Varying axial field strength BX

                                                                                                                        60

                                                                                                                        61

                                                                                                                        Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                        Parameter Study BX strong

                                                                                                                        Parameter Study BX weak

                                                                                                                        Varying axial field strength BX

                                                                                                                        62

                                                                                                                        63

                                                                                                                        Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                        Parameter Study BX weak

                                                                                                                        Parameter Study

                                                                                                                        Varying initial twist q

                                                                                                                        64

                                                                                                                        Parameter Study q weak

                                                                                                                        Varying initial twist q

                                                                                                                        65

                                                                                                                        66

                                                                                                                        Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                        Parameter Study q weak

                                                                                                                        3-1 Setup and Results

                                                                                                                        67

                                                                                                                        Setup

                                                                                                                        Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                                                        qH0=01 case rarr

                                                                                                                        68

                                                                                                                        rqrBrB x

                                                                                                                        2

                                                                                                                        tube

                                                                                                                        2

                                                                                                                        tube expR

                                                                                                                        rBrBx

                                                                                                                        3-2 Summary of 3D Work

                                                                                                                        69

                                                                                                                        Appendix

                                                                                                                        70

                                                                                                                        Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                        71

                                                                                                                        North Pole

                                                                                                                        Equator

                                                                                                                        Convection Zone

                                                                                                                        Radiative Zone

                                                                                                                        Core

                                                                                                                        Zwaan (1985)

                                                                                                                        Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                        Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                                                        (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                                                        72

                                                                                                                        North Pole

                                                                                                                        Equator

                                                                                                                        Convection Zone

                                                                                                                        Radiative Zone

                                                                                                                        Core

                                                                                                                        2-1 2D calculations

                                                                                                                        73

                                                                                                                        Apex of the Emerging Loop

                                                                                                                        Height Zapex

                                                                                                                        Rise Velocity VZapex

                                                                                                                        Surfacerarr

                                                                                                                        74

                                                                                                                        -20000 kmrarr

                                                                                                                        Axial Calculation Results

                                                                                                                        Magneticflux

                                                                                                                        Accumulateddensity

                                                                                                                        Magneticflux

                                                                                                                        Accumulateddensity

                                                                                                                        Accumulateddensity

                                                                                                                        Magneticflux

                                                                                                                        Deceleration near the Surface

                                                                                                                        Accumulated density

                                                                                                                        75

                                                                                                                        0 t

                                                                                                                        2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                                        76

                                                                                                                        2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                                        77

                                                                                                                        2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                                        78

                                                                                                                        Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                                        79

                                                                                                                        Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                        80

                                                                                                                        Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                                        81

                                                                                                                        Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                        Logarithmic density

                                                                                                                        Summary of 3D Work

                                                                                                                        Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                                        Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                                        82

                                                                                                                        Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                                        decelerates and

                                                                                                                        expands horizontally

                                                                                                                        Otsuji et al (2010)83

                                                                                                                        Observation

                                                                                                                        Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                        84

                                                                                                                        Results

                                                                                                                        Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                        85

                                                                                                                        q large

                                                                                                                        q small

                                                                                                                        Results

                                                                                                                        Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                        86

                                                                                                                        Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                        Results

                                                                                                                        Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                        87

                                                                                                                        Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                        Results

                                                                                                                        Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                        q large obeys the initial

                                                                                                                        q2 law because the tube

                                                                                                                        keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                        because it takes more time

                                                                                                                        to emerge to the corona

                                                                                                                        and Emag is stored in the

                                                                                                                        photospheric tongue 88

                                                                                                                        dVB

                                                                                                                        Ez

                                                                                                                        0

                                                                                                                        2

                                                                                                                        mag 8

                                                                                                                        Results

                                                                                                                        Cross-section when

                                                                                                                        the apex reaches zH0=40

                                                                                                                        89

                                                                                                                        Large-scale 3D calculation

                                                                                                                        Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                        90

                                                                                                                        Large-scale 3D calculation

                                                                                                                        Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                        91

                                                                                                                        Large-scale 3D calculation

                                                                                                                        Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                        92

                                                                                                                        Observation

                                                                                                                        Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                        decelerates and

                                                                                                                        expands horizontally

                                                                                                                        Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                        イントロダクション

                                                                                                                        ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                        考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                        (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                        94

                                                                                                                        数値モデル

                                                                                                                        初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                        ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                        磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                        磁束管の内部圧力を

                                                                                                                          と表すこのとき force balance

                                                                                                                         が保たれるよう

                                                                                                                         とする

                                                                                                                        rqrBrB x

                                                                                                                        2

                                                                                                                        tube

                                                                                                                        2

                                                                                                                        tube expR

                                                                                                                        rBrBx

                                                                                                                        r

                                                                                                                        BBB

                                                                                                                        dr

                                                                                                                        d

                                                                                                                        dr

                                                                                                                        dp x

                                                                                                                        48

                                                                                                                        222

                                                                                                                        exc

                                                                                                                        222

                                                                                                                        tube2exc 1

                                                                                                                        28

                                                                                                                        1xBr

                                                                                                                        Rqp

                                                                                                                        rpzpzyp excsi

                                                                                                                        B

                                                                                                                        x

                                                                                                                        r

                                                                                                                        B

                                                                                                                        BX

                                                                                                                        2πr

                                                                                                                        95

                                                                                                                        議論とまとめ

                                                                                                                        結果の比較

                                                                                                                        物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                        初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                        総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                        初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                        磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                        初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                        1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                        減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                        96

                                                                                                                        断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                        議論とまとめ

                                                                                                                        3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                        軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                        総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                        考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                        倍 )

                                                                                                                        将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                        97

                                                                                                                        1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                        太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                        太陽と磁場

                                                                                                                        Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                        98

                                                                                                                        活動領域と浮上磁場

                                                                                                                        活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                        磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                        太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                        Zwaan (1985)

                                                                                                                        Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                        99

                                                                                                                        磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                        磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                        る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                        Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                        内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                        外圧 Pe

                                                                                                                        ggf ieb )(

                                                                                                                        100

                                                                                                                        活動領域と浮上磁場

                                                                                                                        AR 10926

                                                                                                                        101

                                                                                                                        磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                        磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                        102

                                                                                                                        対流層内部における近似計算

                                                                                                                        ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                        た 細管近似

                                                                                                                        対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                        物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                        Caligari et al (1995)

                                                                                                                        103

                                                                                                                        対流層内部における近似計算

                                                                                                                        非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                        大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                        中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                        Fan (2001a)104

                                                                                                                        対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                        しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                        細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                        したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                        105

                                                                                                                        浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                        光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                        的にコロナへ浮上

                                                                                                                        対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                        Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                        光球付近での減速機構

                                                                                                                        光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                        Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                        Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                        Magara (2001)

                                                                                                                        107

                                                                                                                        本研究の目的 (12)

                                                                                                                        上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                        しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                        対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                        しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                        したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                        108

                                                                                                                        本研究の目的 (22)

                                                                                                                        そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                        対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                        典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                        典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                        本研究の目的

                                                                                                                        減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                        2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                        典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                        典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                        数値モデル

                                                                                                                        初期条件

                                                                                                                        xH-400 0 400

                                                                                                                        zH

                                                                                                                        200

                                                                                                                        100

                                                                                                                        -200

                                                                                                                        -100

                                                                                                                        NX timesNZ

                                                                                                                        =1536times1920

                                                                                                                        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                        磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                        磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                        光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                        111

                                                                                                                        LX = 16 万 km

                                                                                                                        LZ = 8 万 km

                                                                                                                        数値モデル (22)

                                                                                                                        対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                        無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                        速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                        時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                        密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                        圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                        温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                        磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                        数値モデル (23)

                                                                                                                        初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                        磁場BX

                                                                                                                        密度ρ

                                                                                                                        圧力 p

                                                                                                                        温度 T

                                                                                                                        対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                        113

                                                                                                                        数値モデル (24)

                                                                                                                        境界条件

                                                                                                                        -400 0 400

                                                                                                                        200

                                                                                                                        100

                                                                                                                        -200

                                                                                                                        -100

                                                                                                                        周期境界 対称境界

                                                                                                                        減衰領域

                                                                                                                        x H0

                                                                                                                        z H0

                                                                                                                        114

                                                                                                                        数値モデル (14)

                                                                                                                        初期条件

                                                                                                                        x H0

                                                                                                                        -400 0 400

                                                                                                                        z H0

                                                                                                                        200

                                                                                                                        100

                                                                                                                        -200

                                                                                                                        -100

                                                                                                                        NZ=1920

                                                                                                                        NX=1536

                                                                                                                        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                        width D

                                                                                                                        z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                        115

                                                                                                                        減速の物理 (34)

                                                                                                                        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                        116

                                                                                                                        減速の物理 (34)

                                                                                                                        磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                        シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                        磁束シートの浮上

                                                                                                                        磁束シートが平らになる

                                                                                                                        減速

                                                                                                                        117

                                                                                                                        光球付近における減速

                                                                                                                        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                        磁場

                                                                                                                        密度差

                                                                                                                        磁場

                                                                                                                        密度差密度差

                                                                                                                        磁場

                                                                                                                        118

                                                                                                                        5 パラメータ研究

                                                                                                                        119

                                                                                                                        パラメータ研究 (111)

                                                                                                                        磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                        総磁束量 Φ

                                                                                                                        を変えた計算を行った

                                                                                                                        総磁束量 Φ

                                                                                                                        磁場強度 BX

                                                                                                                        120

                                                                                                                        パラメータ研究 (211)

                                                                                                                        2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                        点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                        121

                                                                                                                        パラメータ研究 (311)

                                                                                                                        減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                        122

                                                                                                                        パラメータ研究 (511)

                                                                                                                        2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                        123

                                                                                                                        パラメータ研究 (611)

                                                                                                                        2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                        124

                                                                                                                        パラメータ研究 (711)

                                                                                                                        times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                        125

                                                                                                                        パラメータ研究 (811)

                                                                                                                        密度磁力線速度場126

                                                                                                                        パラメータ研究 (911)

                                                                                                                        対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                        EmagEkin lt 1

                                                                                                                        127

                                                                                                                        パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                        times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                        軸方向計算のまとめ

                                                                                                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                        減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                        129

                                                                                                                        断面方向計算のまとめ

                                                                                                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                        減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                        130

                                                                                                                        Resistive Emergence Model

                                                                                                                        Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                        observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                        2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                        3D simulations131

                                                                                                                        Preceding Studies(13)

                                                                                                                        Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                        force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                        that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                        132

                                                                                                                        Preceding Studies(23)

                                                                                                                        Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                        persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                        133

                                                                                                                        Preceding Studies(33)

                                                                                                                        Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                        gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                        Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                        zzz pF BJg

                                                                                                                        134

                                                                                                                        Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                        135

                                                                                                                        Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                        Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                        magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                         rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                         rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                         rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                        Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                        136

                                                                                                                        3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                        137

                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                        Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                        138

                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                        Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                        twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                        139

                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                        Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                        emerged

                                                                                                                        q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                        q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                        140

                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                        Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                        141

                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                        Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                        Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                        142

                                                                                                                        Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                        Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                        Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                        Radius Rtube 5 25

                                                                                                                        Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                        Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                        Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                        Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                        Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                        plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                        at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                        143

                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                        Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                        on the initial twist q

                                                                                                                        q large direct emergence

                                                                                                                          Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                          Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                        144

                                                                                                                        dVB

                                                                                                                        E corona

                                                                                                                        2

                                                                                                                        mag 8

                                                                                                                        Setup and Results

                                                                                                                        Conditions

                                                                                                                        q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                        145

                                                                                                                        Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                        Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                        Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                        Radius Rtube 25 25

                                                                                                                        Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                        Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                        Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                        Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                        セットアップと計算結果

                                                                                                                        結果 (x=0)

                                                                                                                        146

                                                                                                                        セットアップと計算結果

                                                                                                                        結果 (y=0)

                                                                                                                        147

                                                                                                                        • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                        • 内容
                                                                                                                        • 内容 (2)
                                                                                                                        • 太陽活動と磁場
                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                        • 先行研究の概観
                                                                                                                        • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                        • 本研究の目的
                                                                                                                        • 内容 (3)
                                                                                                                        • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                        • 内容 (4)
                                                                                                                        • 2次元軸方向計算
                                                                                                                        • Slide 16
                                                                                                                        • 光球付近における減速
                                                                                                                        • パラメータ研究
                                                                                                                        • 内容 (5)
                                                                                                                        • 25次元断面方向計算
                                                                                                                        • Slide 21
                                                                                                                        • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                        • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                        • 内容 (6)
                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                        • 内容 (7)
                                                                                                                        • まとめ
                                                                                                                        • 今後の課題
                                                                                                                        • Fin
                                                                                                                        • 1 Introduction
                                                                                                                        • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                        • 3 3D Calculation
                                                                                                                        • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                        • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                        • What to Study in HAO
                                                                                                                        • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                        • Parameter Study
                                                                                                                        • Parameter Study (2)
                                                                                                                        • Parameter Study (3)
                                                                                                                        • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                        • Parameter Study (4)
                                                                                                                        • Parameter Survey
                                                                                                                        • Parameter Survey (2)
                                                                                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                        • Parameter Survey (3)
                                                                                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                        • Parameter Study (5)
                                                                                                                        • Parameter Study (6)
                                                                                                                        • Parameter Study typical case
                                                                                                                        • Slide 59
                                                                                                                        • Parameter Study BX strong
                                                                                                                        • Slide 61
                                                                                                                        • Parameter Study BX weak
                                                                                                                        • Slide 63
                                                                                                                        • Parameter Study (7)
                                                                                                                        • Parameter Study q weak
                                                                                                                        • Slide 66
                                                                                                                        • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                        • Setup
                                                                                                                        • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                        • Appendix
                                                                                                                        • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                        • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                        • 2-1 2D calculations
                                                                                                                        • Slide 74
                                                                                                                        • Deceleration near the Surface
                                                                                                                        • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                        • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                        • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                        • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                        • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                        • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                        • Summary of 3D Work
                                                                                                                        • Observation
                                                                                                                        • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                        • Results
                                                                                                                        • Results (2)
                                                                                                                        • Results (3)
                                                                                                                        • Results (4)
                                                                                                                        • Results (5)
                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                        • Observation (2)
                                                                                                                        • イントロダクション
                                                                                                                        • 数値モデル
                                                                                                                        • 議論とまとめ
                                                                                                                        • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                        • 太陽と磁場
                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                        • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                        • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                        • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                        • 光球付近での減速機構
                                                                                                                        • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                        • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                        • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                        • 数値モデル (2)
                                                                                                                        • 数値モデル (22)
                                                                                                                        • 数値モデル (23)
                                                                                                                        • 数値モデル (24)
                                                                                                                        • 数値モデル (14)
                                                                                                                        • 減速の物理 (34)
                                                                                                                        • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                        • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                        • 5 パラメータ研究
                                                                                                                        • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                        • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                        • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                        • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                        • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                        • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                        • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                        • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                        • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                        • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                        • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                        • Resistive Emergence Model
                                                                                                                        • Preceding Studies(13)
                                                                                                                        • Preceding Studies(23)
                                                                                                                        • Preceding Studies(33)
                                                                                                                        • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                        • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                        • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                        • Setup and Results
                                                                                                                        • セットアップと計算結果
                                                                                                                        • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                          61

                                                                                                                          Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                          Parameter Study BX strong

                                                                                                                          Parameter Study BX weak

                                                                                                                          Varying axial field strength BX

                                                                                                                          62

                                                                                                                          63

                                                                                                                          Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                          Parameter Study BX weak

                                                                                                                          Parameter Study

                                                                                                                          Varying initial twist q

                                                                                                                          64

                                                                                                                          Parameter Study q weak

                                                                                                                          Varying initial twist q

                                                                                                                          65

                                                                                                                          66

                                                                                                                          Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                          Parameter Study q weak

                                                                                                                          3-1 Setup and Results

                                                                                                                          67

                                                                                                                          Setup

                                                                                                                          Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                                                          qH0=01 case rarr

                                                                                                                          68

                                                                                                                          rqrBrB x

                                                                                                                          2

                                                                                                                          tube

                                                                                                                          2

                                                                                                                          tube expR

                                                                                                                          rBrBx

                                                                                                                          3-2 Summary of 3D Work

                                                                                                                          69

                                                                                                                          Appendix

                                                                                                                          70

                                                                                                                          Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                          71

                                                                                                                          North Pole

                                                                                                                          Equator

                                                                                                                          Convection Zone

                                                                                                                          Radiative Zone

                                                                                                                          Core

                                                                                                                          Zwaan (1985)

                                                                                                                          Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                          Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                                                          (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                                                          72

                                                                                                                          North Pole

                                                                                                                          Equator

                                                                                                                          Convection Zone

                                                                                                                          Radiative Zone

                                                                                                                          Core

                                                                                                                          2-1 2D calculations

                                                                                                                          73

                                                                                                                          Apex of the Emerging Loop

                                                                                                                          Height Zapex

                                                                                                                          Rise Velocity VZapex

                                                                                                                          Surfacerarr

                                                                                                                          74

                                                                                                                          -20000 kmrarr

                                                                                                                          Axial Calculation Results

                                                                                                                          Magneticflux

                                                                                                                          Accumulateddensity

                                                                                                                          Magneticflux

                                                                                                                          Accumulateddensity

                                                                                                                          Accumulateddensity

                                                                                                                          Magneticflux

                                                                                                                          Deceleration near the Surface

                                                                                                                          Accumulated density

                                                                                                                          75

                                                                                                                          0 t

                                                                                                                          2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                                          76

                                                                                                                          2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                                          77

                                                                                                                          2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                                          78

                                                                                                                          Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                                          79

                                                                                                                          Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                          80

                                                                                                                          Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                                          81

                                                                                                                          Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                          Logarithmic density

                                                                                                                          Summary of 3D Work

                                                                                                                          Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                                          Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                                          82

                                                                                                                          Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                                          decelerates and

                                                                                                                          expands horizontally

                                                                                                                          Otsuji et al (2010)83

                                                                                                                          Observation

                                                                                                                          Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                          84

                                                                                                                          Results

                                                                                                                          Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                          85

                                                                                                                          q large

                                                                                                                          q small

                                                                                                                          Results

                                                                                                                          Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                          86

                                                                                                                          Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                          Results

                                                                                                                          Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                          87

                                                                                                                          Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                          Results

                                                                                                                          Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                          q large obeys the initial

                                                                                                                          q2 law because the tube

                                                                                                                          keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                          because it takes more time

                                                                                                                          to emerge to the corona

                                                                                                                          and Emag is stored in the

                                                                                                                          photospheric tongue 88

                                                                                                                          dVB

                                                                                                                          Ez

                                                                                                                          0

                                                                                                                          2

                                                                                                                          mag 8

                                                                                                                          Results

                                                                                                                          Cross-section when

                                                                                                                          the apex reaches zH0=40

                                                                                                                          89

                                                                                                                          Large-scale 3D calculation

                                                                                                                          Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                          90

                                                                                                                          Large-scale 3D calculation

                                                                                                                          Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                          91

                                                                                                                          Large-scale 3D calculation

                                                                                                                          Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                          92

                                                                                                                          Observation

                                                                                                                          Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                          decelerates and

                                                                                                                          expands horizontally

                                                                                                                          Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                          イントロダクション

                                                                                                                          ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                          考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                          (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                          94

                                                                                                                          数値モデル

                                                                                                                          初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                          ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                          磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                          磁束管の内部圧力を

                                                                                                                            と表すこのとき force balance

                                                                                                                           が保たれるよう

                                                                                                                           とする

                                                                                                                          rqrBrB x

                                                                                                                          2

                                                                                                                          tube

                                                                                                                          2

                                                                                                                          tube expR

                                                                                                                          rBrBx

                                                                                                                          r

                                                                                                                          BBB

                                                                                                                          dr

                                                                                                                          d

                                                                                                                          dr

                                                                                                                          dp x

                                                                                                                          48

                                                                                                                          222

                                                                                                                          exc

                                                                                                                          222

                                                                                                                          tube2exc 1

                                                                                                                          28

                                                                                                                          1xBr

                                                                                                                          Rqp

                                                                                                                          rpzpzyp excsi

                                                                                                                          B

                                                                                                                          x

                                                                                                                          r

                                                                                                                          B

                                                                                                                          BX

                                                                                                                          2πr

                                                                                                                          95

                                                                                                                          議論とまとめ

                                                                                                                          結果の比較

                                                                                                                          物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                          初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                          総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                          初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                          磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                          初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                          1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                          減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                          96

                                                                                                                          断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                          議論とまとめ

                                                                                                                          3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                          軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                          総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                          考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                          倍 )

                                                                                                                          将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                          97

                                                                                                                          1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                          太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                          太陽と磁場

                                                                                                                          Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                          98

                                                                                                                          活動領域と浮上磁場

                                                                                                                          活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                          磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                          太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                          Zwaan (1985)

                                                                                                                          Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                          99

                                                                                                                          磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                          磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                          る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                          Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                          内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                          外圧 Pe

                                                                                                                          ggf ieb )(

                                                                                                                          100

                                                                                                                          活動領域と浮上磁場

                                                                                                                          AR 10926

                                                                                                                          101

                                                                                                                          磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                          磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                          102

                                                                                                                          対流層内部における近似計算

                                                                                                                          ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                          た 細管近似

                                                                                                                          対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                          物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                          Caligari et al (1995)

                                                                                                                          103

                                                                                                                          対流層内部における近似計算

                                                                                                                          非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                          大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                          中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                          Fan (2001a)104

                                                                                                                          対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                          しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                          細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                          したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                          105

                                                                                                                          浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                          光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                          的にコロナへ浮上

                                                                                                                          対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                          Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                          光球付近での減速機構

                                                                                                                          光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                          Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                          Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                          Magara (2001)

                                                                                                                          107

                                                                                                                          本研究の目的 (12)

                                                                                                                          上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                          しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                          対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                          しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                          したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                          108

                                                                                                                          本研究の目的 (22)

                                                                                                                          そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                          対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                          典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                          典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                          本研究の目的

                                                                                                                          減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                          2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                          典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                          典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                          数値モデル

                                                                                                                          初期条件

                                                                                                                          xH-400 0 400

                                                                                                                          zH

                                                                                                                          200

                                                                                                                          100

                                                                                                                          -200

                                                                                                                          -100

                                                                                                                          NX timesNZ

                                                                                                                          =1536times1920

                                                                                                                          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                          磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                          磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                          光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                          111

                                                                                                                          LX = 16 万 km

                                                                                                                          LZ = 8 万 km

                                                                                                                          数値モデル (22)

                                                                                                                          対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                          無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                          速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                          時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                          密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                          圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                          温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                          磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                          数値モデル (23)

                                                                                                                          初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                          磁場BX

                                                                                                                          密度ρ

                                                                                                                          圧力 p

                                                                                                                          温度 T

                                                                                                                          対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                          113

                                                                                                                          数値モデル (24)

                                                                                                                          境界条件

                                                                                                                          -400 0 400

                                                                                                                          200

                                                                                                                          100

                                                                                                                          -200

                                                                                                                          -100

                                                                                                                          周期境界 対称境界

                                                                                                                          減衰領域

                                                                                                                          x H0

                                                                                                                          z H0

                                                                                                                          114

                                                                                                                          数値モデル (14)

                                                                                                                          初期条件

                                                                                                                          x H0

                                                                                                                          -400 0 400

                                                                                                                          z H0

                                                                                                                          200

                                                                                                                          100

                                                                                                                          -200

                                                                                                                          -100

                                                                                                                          NZ=1920

                                                                                                                          NX=1536

                                                                                                                          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                          width D

                                                                                                                          z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                          115

                                                                                                                          減速の物理 (34)

                                                                                                                          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                          116

                                                                                                                          減速の物理 (34)

                                                                                                                          磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                          シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                          磁束シートの浮上

                                                                                                                          磁束シートが平らになる

                                                                                                                          減速

                                                                                                                          117

                                                                                                                          光球付近における減速

                                                                                                                          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                          磁場

                                                                                                                          密度差

                                                                                                                          磁場

                                                                                                                          密度差密度差

                                                                                                                          磁場

                                                                                                                          118

                                                                                                                          5 パラメータ研究

                                                                                                                          119

                                                                                                                          パラメータ研究 (111)

                                                                                                                          磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                          総磁束量 Φ

                                                                                                                          を変えた計算を行った

                                                                                                                          総磁束量 Φ

                                                                                                                          磁場強度 BX

                                                                                                                          120

                                                                                                                          パラメータ研究 (211)

                                                                                                                          2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                          点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                          121

                                                                                                                          パラメータ研究 (311)

                                                                                                                          減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                          122

                                                                                                                          パラメータ研究 (511)

                                                                                                                          2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                          123

                                                                                                                          パラメータ研究 (611)

                                                                                                                          2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                          124

                                                                                                                          パラメータ研究 (711)

                                                                                                                          times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                          125

                                                                                                                          パラメータ研究 (811)

                                                                                                                          密度磁力線速度場126

                                                                                                                          パラメータ研究 (911)

                                                                                                                          対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                          EmagEkin lt 1

                                                                                                                          127

                                                                                                                          パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                          times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                          軸方向計算のまとめ

                                                                                                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                          減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                          129

                                                                                                                          断面方向計算のまとめ

                                                                                                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                          減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                          130

                                                                                                                          Resistive Emergence Model

                                                                                                                          Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                          observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                          2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                          3D simulations131

                                                                                                                          Preceding Studies(13)

                                                                                                                          Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                          force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                          that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                          132

                                                                                                                          Preceding Studies(23)

                                                                                                                          Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                          persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                          133

                                                                                                                          Preceding Studies(33)

                                                                                                                          Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                          gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                          Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                          zzz pF BJg

                                                                                                                          134

                                                                                                                          Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                          135

                                                                                                                          Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                          Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                          magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                           rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                           rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                           rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                          Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                          136

                                                                                                                          3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                          137

                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                          Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                          138

                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                          Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                          twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                          139

                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                          Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                          emerged

                                                                                                                          q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                          q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                          140

                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                          Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                          141

                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                          Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                          Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                          142

                                                                                                                          Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                          Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                          Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                          Radius Rtube 5 25

                                                                                                                          Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                          Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                          Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                          Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                          Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                          plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                          at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                          143

                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                          Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                          on the initial twist q

                                                                                                                          q large direct emergence

                                                                                                                            Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                            Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                          144

                                                                                                                          dVB

                                                                                                                          E corona

                                                                                                                          2

                                                                                                                          mag 8

                                                                                                                          Setup and Results

                                                                                                                          Conditions

                                                                                                                          q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                          145

                                                                                                                          Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                          Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                          Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                          Radius Rtube 25 25

                                                                                                                          Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                          Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                          Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                          Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                          セットアップと計算結果

                                                                                                                          結果 (x=0)

                                                                                                                          146

                                                                                                                          セットアップと計算結果

                                                                                                                          結果 (y=0)

                                                                                                                          147

                                                                                                                          • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                          • 内容
                                                                                                                          • 内容 (2)
                                                                                                                          • 太陽活動と磁場
                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                          • 先行研究の概観
                                                                                                                          • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                          • 本研究の目的
                                                                                                                          • 内容 (3)
                                                                                                                          • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                          • 内容 (4)
                                                                                                                          • 2次元軸方向計算
                                                                                                                          • Slide 16
                                                                                                                          • 光球付近における減速
                                                                                                                          • パラメータ研究
                                                                                                                          • 内容 (5)
                                                                                                                          • 25次元断面方向計算
                                                                                                                          • Slide 21
                                                                                                                          • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                          • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                          • 内容 (6)
                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                          • 内容 (7)
                                                                                                                          • まとめ
                                                                                                                          • 今後の課題
                                                                                                                          • Fin
                                                                                                                          • 1 Introduction
                                                                                                                          • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                          • 3 3D Calculation
                                                                                                                          • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                          • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                          • What to Study in HAO
                                                                                                                          • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                          • Parameter Study
                                                                                                                          • Parameter Study (2)
                                                                                                                          • Parameter Study (3)
                                                                                                                          • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                          • Parameter Study (4)
                                                                                                                          • Parameter Survey
                                                                                                                          • Parameter Survey (2)
                                                                                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                          • Parameter Survey (3)
                                                                                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                          • Parameter Study (5)
                                                                                                                          • Parameter Study (6)
                                                                                                                          • Parameter Study typical case
                                                                                                                          • Slide 59
                                                                                                                          • Parameter Study BX strong
                                                                                                                          • Slide 61
                                                                                                                          • Parameter Study BX weak
                                                                                                                          • Slide 63
                                                                                                                          • Parameter Study (7)
                                                                                                                          • Parameter Study q weak
                                                                                                                          • Slide 66
                                                                                                                          • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                          • Setup
                                                                                                                          • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                          • Appendix
                                                                                                                          • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                          • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                          • 2-1 2D calculations
                                                                                                                          • Slide 74
                                                                                                                          • Deceleration near the Surface
                                                                                                                          • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                          • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                          • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                          • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                          • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                          • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                          • Summary of 3D Work
                                                                                                                          • Observation
                                                                                                                          • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                          • Results
                                                                                                                          • Results (2)
                                                                                                                          • Results (3)
                                                                                                                          • Results (4)
                                                                                                                          • Results (5)
                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                          • Observation (2)
                                                                                                                          • イントロダクション
                                                                                                                          • 数値モデル
                                                                                                                          • 議論とまとめ
                                                                                                                          • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                          • 太陽と磁場
                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                          • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                          • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                          • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                          • 光球付近での減速機構
                                                                                                                          • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                          • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                          • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                          • 数値モデル (2)
                                                                                                                          • 数値モデル (22)
                                                                                                                          • 数値モデル (23)
                                                                                                                          • 数値モデル (24)
                                                                                                                          • 数値モデル (14)
                                                                                                                          • 減速の物理 (34)
                                                                                                                          • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                          • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                          • 5 パラメータ研究
                                                                                                                          • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                          • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                          • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                          • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                          • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                          • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                          • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                          • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                          • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                          • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                          • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                          • Resistive Emergence Model
                                                                                                                          • Preceding Studies(13)
                                                                                                                          • Preceding Studies(23)
                                                                                                                          • Preceding Studies(33)
                                                                                                                          • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                          • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                          • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                          • Setup and Results
                                                                                                                          • セットアップと計算結果
                                                                                                                          • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                            Parameter Study BX weak

                                                                                                                            Varying axial field strength BX

                                                                                                                            62

                                                                                                                            63

                                                                                                                            Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                            Parameter Study BX weak

                                                                                                                            Parameter Study

                                                                                                                            Varying initial twist q

                                                                                                                            64

                                                                                                                            Parameter Study q weak

                                                                                                                            Varying initial twist q

                                                                                                                            65

                                                                                                                            66

                                                                                                                            Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                            Parameter Study q weak

                                                                                                                            3-1 Setup and Results

                                                                                                                            67

                                                                                                                            Setup

                                                                                                                            Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                                                            qH0=01 case rarr

                                                                                                                            68

                                                                                                                            rqrBrB x

                                                                                                                            2

                                                                                                                            tube

                                                                                                                            2

                                                                                                                            tube expR

                                                                                                                            rBrBx

                                                                                                                            3-2 Summary of 3D Work

                                                                                                                            69

                                                                                                                            Appendix

                                                                                                                            70

                                                                                                                            Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                            71

                                                                                                                            North Pole

                                                                                                                            Equator

                                                                                                                            Convection Zone

                                                                                                                            Radiative Zone

                                                                                                                            Core

                                                                                                                            Zwaan (1985)

                                                                                                                            Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                            Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                                                            (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                                                            72

                                                                                                                            North Pole

                                                                                                                            Equator

                                                                                                                            Convection Zone

                                                                                                                            Radiative Zone

                                                                                                                            Core

                                                                                                                            2-1 2D calculations

                                                                                                                            73

                                                                                                                            Apex of the Emerging Loop

                                                                                                                            Height Zapex

                                                                                                                            Rise Velocity VZapex

                                                                                                                            Surfacerarr

                                                                                                                            74

                                                                                                                            -20000 kmrarr

                                                                                                                            Axial Calculation Results

                                                                                                                            Magneticflux

                                                                                                                            Accumulateddensity

                                                                                                                            Magneticflux

                                                                                                                            Accumulateddensity

                                                                                                                            Accumulateddensity

                                                                                                                            Magneticflux

                                                                                                                            Deceleration near the Surface

                                                                                                                            Accumulated density

                                                                                                                            75

                                                                                                                            0 t

                                                                                                                            2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                                            76

                                                                                                                            2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                                            77

                                                                                                                            2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                                            78

                                                                                                                            Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                                            79

                                                                                                                            Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                            80

                                                                                                                            Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                                            81

                                                                                                                            Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                            Logarithmic density

                                                                                                                            Summary of 3D Work

                                                                                                                            Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                                            Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                                            82

                                                                                                                            Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                                            decelerates and

                                                                                                                            expands horizontally

                                                                                                                            Otsuji et al (2010)83

                                                                                                                            Observation

                                                                                                                            Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                            84

                                                                                                                            Results

                                                                                                                            Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                            85

                                                                                                                            q large

                                                                                                                            q small

                                                                                                                            Results

                                                                                                                            Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                            86

                                                                                                                            Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                            Results

                                                                                                                            Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                            87

                                                                                                                            Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                            Results

                                                                                                                            Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                            q large obeys the initial

                                                                                                                            q2 law because the tube

                                                                                                                            keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                            because it takes more time

                                                                                                                            to emerge to the corona

                                                                                                                            and Emag is stored in the

                                                                                                                            photospheric tongue 88

                                                                                                                            dVB

                                                                                                                            Ez

                                                                                                                            0

                                                                                                                            2

                                                                                                                            mag 8

                                                                                                                            Results

                                                                                                                            Cross-section when

                                                                                                                            the apex reaches zH0=40

                                                                                                                            89

                                                                                                                            Large-scale 3D calculation

                                                                                                                            Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                            90

                                                                                                                            Large-scale 3D calculation

                                                                                                                            Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                            91

                                                                                                                            Large-scale 3D calculation

                                                                                                                            Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                            92

                                                                                                                            Observation

                                                                                                                            Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                            decelerates and

                                                                                                                            expands horizontally

                                                                                                                            Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                            イントロダクション

                                                                                                                            ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                            考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                            (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                            94

                                                                                                                            数値モデル

                                                                                                                            初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                            ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                            磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                            磁束管の内部圧力を

                                                                                                                              と表すこのとき force balance

                                                                                                                             が保たれるよう

                                                                                                                             とする

                                                                                                                            rqrBrB x

                                                                                                                            2

                                                                                                                            tube

                                                                                                                            2

                                                                                                                            tube expR

                                                                                                                            rBrBx

                                                                                                                            r

                                                                                                                            BBB

                                                                                                                            dr

                                                                                                                            d

                                                                                                                            dr

                                                                                                                            dp x

                                                                                                                            48

                                                                                                                            222

                                                                                                                            exc

                                                                                                                            222

                                                                                                                            tube2exc 1

                                                                                                                            28

                                                                                                                            1xBr

                                                                                                                            Rqp

                                                                                                                            rpzpzyp excsi

                                                                                                                            B

                                                                                                                            x

                                                                                                                            r

                                                                                                                            B

                                                                                                                            BX

                                                                                                                            2πr

                                                                                                                            95

                                                                                                                            議論とまとめ

                                                                                                                            結果の比較

                                                                                                                            物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                            初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                            総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                            初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                            磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                            初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                            1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                            減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                            96

                                                                                                                            断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                            議論とまとめ

                                                                                                                            3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                            軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                            総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                            考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                            倍 )

                                                                                                                            将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                            97

                                                                                                                            1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                            太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                            太陽と磁場

                                                                                                                            Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                            98

                                                                                                                            活動領域と浮上磁場

                                                                                                                            活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                            磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                            太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                            Zwaan (1985)

                                                                                                                            Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                            99

                                                                                                                            磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                            磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                            る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                            Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                            内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                            外圧 Pe

                                                                                                                            ggf ieb )(

                                                                                                                            100

                                                                                                                            活動領域と浮上磁場

                                                                                                                            AR 10926

                                                                                                                            101

                                                                                                                            磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                            磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                            102

                                                                                                                            対流層内部における近似計算

                                                                                                                            ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                            た 細管近似

                                                                                                                            対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                            物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                            Caligari et al (1995)

                                                                                                                            103

                                                                                                                            対流層内部における近似計算

                                                                                                                            非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                            大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                            中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                            Fan (2001a)104

                                                                                                                            対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                            しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                            細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                            したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                            105

                                                                                                                            浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                            光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                            的にコロナへ浮上

                                                                                                                            対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                            Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                            光球付近での減速機構

                                                                                                                            光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                            Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                            Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                            Magara (2001)

                                                                                                                            107

                                                                                                                            本研究の目的 (12)

                                                                                                                            上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                            しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                            対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                            しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                            したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                            108

                                                                                                                            本研究の目的 (22)

                                                                                                                            そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                            対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                            典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                            典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                            本研究の目的

                                                                                                                            減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                            2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                            典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                            典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                            数値モデル

                                                                                                                            初期条件

                                                                                                                            xH-400 0 400

                                                                                                                            zH

                                                                                                                            200

                                                                                                                            100

                                                                                                                            -200

                                                                                                                            -100

                                                                                                                            NX timesNZ

                                                                                                                            =1536times1920

                                                                                                                            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                            磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                            磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                            光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                            111

                                                                                                                            LX = 16 万 km

                                                                                                                            LZ = 8 万 km

                                                                                                                            数値モデル (22)

                                                                                                                            対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                            無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                            速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                            時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                            密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                            圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                            温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                            磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                            数値モデル (23)

                                                                                                                            初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                            磁場BX

                                                                                                                            密度ρ

                                                                                                                            圧力 p

                                                                                                                            温度 T

                                                                                                                            対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                            113

                                                                                                                            数値モデル (24)

                                                                                                                            境界条件

                                                                                                                            -400 0 400

                                                                                                                            200

                                                                                                                            100

                                                                                                                            -200

                                                                                                                            -100

                                                                                                                            周期境界 対称境界

                                                                                                                            減衰領域

                                                                                                                            x H0

                                                                                                                            z H0

                                                                                                                            114

                                                                                                                            数値モデル (14)

                                                                                                                            初期条件

                                                                                                                            x H0

                                                                                                                            -400 0 400

                                                                                                                            z H0

                                                                                                                            200

                                                                                                                            100

                                                                                                                            -200

                                                                                                                            -100

                                                                                                                            NZ=1920

                                                                                                                            NX=1536

                                                                                                                            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                            width D

                                                                                                                            z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                            115

                                                                                                                            減速の物理 (34)

                                                                                                                            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                            116

                                                                                                                            減速の物理 (34)

                                                                                                                            磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                            シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                            磁束シートの浮上

                                                                                                                            磁束シートが平らになる

                                                                                                                            減速

                                                                                                                            117

                                                                                                                            光球付近における減速

                                                                                                                            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                            磁場

                                                                                                                            密度差

                                                                                                                            磁場

                                                                                                                            密度差密度差

                                                                                                                            磁場

                                                                                                                            118

                                                                                                                            5 パラメータ研究

                                                                                                                            119

                                                                                                                            パラメータ研究 (111)

                                                                                                                            磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                            総磁束量 Φ

                                                                                                                            を変えた計算を行った

                                                                                                                            総磁束量 Φ

                                                                                                                            磁場強度 BX

                                                                                                                            120

                                                                                                                            パラメータ研究 (211)

                                                                                                                            2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                            点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                            121

                                                                                                                            パラメータ研究 (311)

                                                                                                                            減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                            122

                                                                                                                            パラメータ研究 (511)

                                                                                                                            2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                            123

                                                                                                                            パラメータ研究 (611)

                                                                                                                            2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                            124

                                                                                                                            パラメータ研究 (711)

                                                                                                                            times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                            125

                                                                                                                            パラメータ研究 (811)

                                                                                                                            密度磁力線速度場126

                                                                                                                            パラメータ研究 (911)

                                                                                                                            対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                            EmagEkin lt 1

                                                                                                                            127

                                                                                                                            パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                            times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                            軸方向計算のまとめ

                                                                                                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                            減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                            129

                                                                                                                            断面方向計算のまとめ

                                                                                                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                            減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                            130

                                                                                                                            Resistive Emergence Model

                                                                                                                            Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                            observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                            2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                            3D simulations131

                                                                                                                            Preceding Studies(13)

                                                                                                                            Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                            force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                            that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                            132

                                                                                                                            Preceding Studies(23)

                                                                                                                            Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                            persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                            133

                                                                                                                            Preceding Studies(33)

                                                                                                                            Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                            gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                            Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                            zzz pF BJg

                                                                                                                            134

                                                                                                                            Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                            135

                                                                                                                            Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                            Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                            magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                             rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                             rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                             rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                            Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                            136

                                                                                                                            3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                            137

                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                            Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                            138

                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                            Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                            twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                            139

                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                            Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                            emerged

                                                                                                                            q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                            q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                            140

                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                            Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                            141

                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                            Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                            Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                            142

                                                                                                                            Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                            Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                            Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                            Radius Rtube 5 25

                                                                                                                            Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                            Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                            Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                            Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                            Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                            plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                            at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                            143

                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                            Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                            on the initial twist q

                                                                                                                            q large direct emergence

                                                                                                                              Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                              Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                            144

                                                                                                                            dVB

                                                                                                                            E corona

                                                                                                                            2

                                                                                                                            mag 8

                                                                                                                            Setup and Results

                                                                                                                            Conditions

                                                                                                                            q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                            145

                                                                                                                            Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                            Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                            Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                            Radius Rtube 25 25

                                                                                                                            Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                            Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                            Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                            Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                            セットアップと計算結果

                                                                                                                            結果 (x=0)

                                                                                                                            146

                                                                                                                            セットアップと計算結果

                                                                                                                            結果 (y=0)

                                                                                                                            147

                                                                                                                            • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                            • 内容
                                                                                                                            • 内容 (2)
                                                                                                                            • 太陽活動と磁場
                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                            • 先行研究の概観
                                                                                                                            • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                            • 本研究の目的
                                                                                                                            • 内容 (3)
                                                                                                                            • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                            • 内容 (4)
                                                                                                                            • 2次元軸方向計算
                                                                                                                            • Slide 16
                                                                                                                            • 光球付近における減速
                                                                                                                            • パラメータ研究
                                                                                                                            • 内容 (5)
                                                                                                                            • 25次元断面方向計算
                                                                                                                            • Slide 21
                                                                                                                            • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                            • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                            • 内容 (6)
                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                            • 内容 (7)
                                                                                                                            • まとめ
                                                                                                                            • 今後の課題
                                                                                                                            • Fin
                                                                                                                            • 1 Introduction
                                                                                                                            • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                            • 3 3D Calculation
                                                                                                                            • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                            • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                            • What to Study in HAO
                                                                                                                            • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                            • Parameter Study
                                                                                                                            • Parameter Study (2)
                                                                                                                            • Parameter Study (3)
                                                                                                                            • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                            • Parameter Study (4)
                                                                                                                            • Parameter Survey
                                                                                                                            • Parameter Survey (2)
                                                                                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                            • Parameter Survey (3)
                                                                                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                            • Parameter Study (5)
                                                                                                                            • Parameter Study (6)
                                                                                                                            • Parameter Study typical case
                                                                                                                            • Slide 59
                                                                                                                            • Parameter Study BX strong
                                                                                                                            • Slide 61
                                                                                                                            • Parameter Study BX weak
                                                                                                                            • Slide 63
                                                                                                                            • Parameter Study (7)
                                                                                                                            • Parameter Study q weak
                                                                                                                            • Slide 66
                                                                                                                            • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                            • Setup
                                                                                                                            • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                            • Appendix
                                                                                                                            • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                            • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                            • 2-1 2D calculations
                                                                                                                            • Slide 74
                                                                                                                            • Deceleration near the Surface
                                                                                                                            • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                            • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                            • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                            • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                            • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                            • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                            • Summary of 3D Work
                                                                                                                            • Observation
                                                                                                                            • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                            • Results
                                                                                                                            • Results (2)
                                                                                                                            • Results (3)
                                                                                                                            • Results (4)
                                                                                                                            • Results (5)
                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                            • Observation (2)
                                                                                                                            • イントロダクション
                                                                                                                            • 数値モデル
                                                                                                                            • 議論とまとめ
                                                                                                                            • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                            • 太陽と磁場
                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                            • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                            • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                            • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                            • 光球付近での減速機構
                                                                                                                            • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                            • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                            • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                            • 数値モデル (2)
                                                                                                                            • 数値モデル (22)
                                                                                                                            • 数値モデル (23)
                                                                                                                            • 数値モデル (24)
                                                                                                                            • 数値モデル (14)
                                                                                                                            • 減速の物理 (34)
                                                                                                                            • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                            • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                            • 5 パラメータ研究
                                                                                                                            • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                            • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                            • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                            • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                            • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                            • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                            • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                            • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                            • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                            • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                            • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                            • Resistive Emergence Model
                                                                                                                            • Preceding Studies(13)
                                                                                                                            • Preceding Studies(23)
                                                                                                                            • Preceding Studies(33)
                                                                                                                            • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                            • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                            • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                            • Setup and Results
                                                                                                                            • セットアップと計算結果
                                                                                                                            • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                              63

                                                                                                                              Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                              Parameter Study BX weak

                                                                                                                              Parameter Study

                                                                                                                              Varying initial twist q

                                                                                                                              64

                                                                                                                              Parameter Study q weak

                                                                                                                              Varying initial twist q

                                                                                                                              65

                                                                                                                              66

                                                                                                                              Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                              Parameter Study q weak

                                                                                                                              3-1 Setup and Results

                                                                                                                              67

                                                                                                                              Setup

                                                                                                                              Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                                                              qH0=01 case rarr

                                                                                                                              68

                                                                                                                              rqrBrB x

                                                                                                                              2

                                                                                                                              tube

                                                                                                                              2

                                                                                                                              tube expR

                                                                                                                              rBrBx

                                                                                                                              3-2 Summary of 3D Work

                                                                                                                              69

                                                                                                                              Appendix

                                                                                                                              70

                                                                                                                              Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                              71

                                                                                                                              North Pole

                                                                                                                              Equator

                                                                                                                              Convection Zone

                                                                                                                              Radiative Zone

                                                                                                                              Core

                                                                                                                              Zwaan (1985)

                                                                                                                              Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                              Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                                                              (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                                                              72

                                                                                                                              North Pole

                                                                                                                              Equator

                                                                                                                              Convection Zone

                                                                                                                              Radiative Zone

                                                                                                                              Core

                                                                                                                              2-1 2D calculations

                                                                                                                              73

                                                                                                                              Apex of the Emerging Loop

                                                                                                                              Height Zapex

                                                                                                                              Rise Velocity VZapex

                                                                                                                              Surfacerarr

                                                                                                                              74

                                                                                                                              -20000 kmrarr

                                                                                                                              Axial Calculation Results

                                                                                                                              Magneticflux

                                                                                                                              Accumulateddensity

                                                                                                                              Magneticflux

                                                                                                                              Accumulateddensity

                                                                                                                              Accumulateddensity

                                                                                                                              Magneticflux

                                                                                                                              Deceleration near the Surface

                                                                                                                              Accumulated density

                                                                                                                              75

                                                                                                                              0 t

                                                                                                                              2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                                              76

                                                                                                                              2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                                              77

                                                                                                                              2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                                              78

                                                                                                                              Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                                              79

                                                                                                                              Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                              80

                                                                                                                              Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                                              81

                                                                                                                              Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                              Logarithmic density

                                                                                                                              Summary of 3D Work

                                                                                                                              Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                                              Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                                              82

                                                                                                                              Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                                              decelerates and

                                                                                                                              expands horizontally

                                                                                                                              Otsuji et al (2010)83

                                                                                                                              Observation

                                                                                                                              Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                              84

                                                                                                                              Results

                                                                                                                              Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                              85

                                                                                                                              q large

                                                                                                                              q small

                                                                                                                              Results

                                                                                                                              Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                              86

                                                                                                                              Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                              Results

                                                                                                                              Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                              87

                                                                                                                              Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                              Results

                                                                                                                              Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                              q large obeys the initial

                                                                                                                              q2 law because the tube

                                                                                                                              keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                              because it takes more time

                                                                                                                              to emerge to the corona

                                                                                                                              and Emag is stored in the

                                                                                                                              photospheric tongue 88

                                                                                                                              dVB

                                                                                                                              Ez

                                                                                                                              0

                                                                                                                              2

                                                                                                                              mag 8

                                                                                                                              Results

                                                                                                                              Cross-section when

                                                                                                                              the apex reaches zH0=40

                                                                                                                              89

                                                                                                                              Large-scale 3D calculation

                                                                                                                              Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                              90

                                                                                                                              Large-scale 3D calculation

                                                                                                                              Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                              91

                                                                                                                              Large-scale 3D calculation

                                                                                                                              Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                              92

                                                                                                                              Observation

                                                                                                                              Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                              decelerates and

                                                                                                                              expands horizontally

                                                                                                                              Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                              イントロダクション

                                                                                                                              ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                              考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                              (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                              94

                                                                                                                              数値モデル

                                                                                                                              初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                              ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                              磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                              磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                と表すこのとき force balance

                                                                                                                               が保たれるよう

                                                                                                                               とする

                                                                                                                              rqrBrB x

                                                                                                                              2

                                                                                                                              tube

                                                                                                                              2

                                                                                                                              tube expR

                                                                                                                              rBrBx

                                                                                                                              r

                                                                                                                              BBB

                                                                                                                              dr

                                                                                                                              d

                                                                                                                              dr

                                                                                                                              dp x

                                                                                                                              48

                                                                                                                              222

                                                                                                                              exc

                                                                                                                              222

                                                                                                                              tube2exc 1

                                                                                                                              28

                                                                                                                              1xBr

                                                                                                                              Rqp

                                                                                                                              rpzpzyp excsi

                                                                                                                              B

                                                                                                                              x

                                                                                                                              r

                                                                                                                              B

                                                                                                                              BX

                                                                                                                              2πr

                                                                                                                              95

                                                                                                                              議論とまとめ

                                                                                                                              結果の比較

                                                                                                                              物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                              初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                              総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                              初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                              磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                              初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                              1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                              減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                              96

                                                                                                                              断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                              議論とまとめ

                                                                                                                              3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                              軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                              総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                              考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                              倍 )

                                                                                                                              将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                              97

                                                                                                                              1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                              太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                              太陽と磁場

                                                                                                                              Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                              98

                                                                                                                              活動領域と浮上磁場

                                                                                                                              活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                              磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                              太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                              Zwaan (1985)

                                                                                                                              Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                              99

                                                                                                                              磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                              磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                              る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                              Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                              内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                              外圧 Pe

                                                                                                                              ggf ieb )(

                                                                                                                              100

                                                                                                                              活動領域と浮上磁場

                                                                                                                              AR 10926

                                                                                                                              101

                                                                                                                              磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                              磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                              102

                                                                                                                              対流層内部における近似計算

                                                                                                                              ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                              た 細管近似

                                                                                                                              対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                              物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                              Caligari et al (1995)

                                                                                                                              103

                                                                                                                              対流層内部における近似計算

                                                                                                                              非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                              大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                              中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                              Fan (2001a)104

                                                                                                                              対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                              しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                              細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                              したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                              105

                                                                                                                              浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                              光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                              的にコロナへ浮上

                                                                                                                              対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                              Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                              光球付近での減速機構

                                                                                                                              光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                              Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                              Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                              Magara (2001)

                                                                                                                              107

                                                                                                                              本研究の目的 (12)

                                                                                                                              上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                              しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                              対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                              しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                              したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                              108

                                                                                                                              本研究の目的 (22)

                                                                                                                              そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                              対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                              典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                              典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                              本研究の目的

                                                                                                                              減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                              2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                              典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                              典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                              数値モデル

                                                                                                                              初期条件

                                                                                                                              xH-400 0 400

                                                                                                                              zH

                                                                                                                              200

                                                                                                                              100

                                                                                                                              -200

                                                                                                                              -100

                                                                                                                              NX timesNZ

                                                                                                                              =1536times1920

                                                                                                                              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                              磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                              磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                              光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                              111

                                                                                                                              LX = 16 万 km

                                                                                                                              LZ = 8 万 km

                                                                                                                              数値モデル (22)

                                                                                                                              対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                              無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                              速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                              時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                              密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                              圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                              温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                              磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                              数値モデル (23)

                                                                                                                              初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                              磁場BX

                                                                                                                              密度ρ

                                                                                                                              圧力 p

                                                                                                                              温度 T

                                                                                                                              対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                              113

                                                                                                                              数値モデル (24)

                                                                                                                              境界条件

                                                                                                                              -400 0 400

                                                                                                                              200

                                                                                                                              100

                                                                                                                              -200

                                                                                                                              -100

                                                                                                                              周期境界 対称境界

                                                                                                                              減衰領域

                                                                                                                              x H0

                                                                                                                              z H0

                                                                                                                              114

                                                                                                                              数値モデル (14)

                                                                                                                              初期条件

                                                                                                                              x H0

                                                                                                                              -400 0 400

                                                                                                                              z H0

                                                                                                                              200

                                                                                                                              100

                                                                                                                              -200

                                                                                                                              -100

                                                                                                                              NZ=1920

                                                                                                                              NX=1536

                                                                                                                              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                              width D

                                                                                                                              z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                              115

                                                                                                                              減速の物理 (34)

                                                                                                                              磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                              116

                                                                                                                              減速の物理 (34)

                                                                                                                              磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                              シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                              磁束シートの浮上

                                                                                                                              磁束シートが平らになる

                                                                                                                              減速

                                                                                                                              117

                                                                                                                              光球付近における減速

                                                                                                                              磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                              磁場

                                                                                                                              密度差

                                                                                                                              磁場

                                                                                                                              密度差密度差

                                                                                                                              磁場

                                                                                                                              118

                                                                                                                              5 パラメータ研究

                                                                                                                              119

                                                                                                                              パラメータ研究 (111)

                                                                                                                              磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                              総磁束量 Φ

                                                                                                                              を変えた計算を行った

                                                                                                                              総磁束量 Φ

                                                                                                                              磁場強度 BX

                                                                                                                              120

                                                                                                                              パラメータ研究 (211)

                                                                                                                              2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                              点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                              121

                                                                                                                              パラメータ研究 (311)

                                                                                                                              減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                              122

                                                                                                                              パラメータ研究 (511)

                                                                                                                              2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                              123

                                                                                                                              パラメータ研究 (611)

                                                                                                                              2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                              124

                                                                                                                              パラメータ研究 (711)

                                                                                                                              times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                              125

                                                                                                                              パラメータ研究 (811)

                                                                                                                              密度磁力線速度場126

                                                                                                                              パラメータ研究 (911)

                                                                                                                              対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                              EmagEkin lt 1

                                                                                                                              127

                                                                                                                              パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                              times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                              軸方向計算のまとめ

                                                                                                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                              減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                              129

                                                                                                                              断面方向計算のまとめ

                                                                                                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                              減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                              130

                                                                                                                              Resistive Emergence Model

                                                                                                                              Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                              observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                              2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                              3D simulations131

                                                                                                                              Preceding Studies(13)

                                                                                                                              Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                              force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                              that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                              132

                                                                                                                              Preceding Studies(23)

                                                                                                                              Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                              persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                              133

                                                                                                                              Preceding Studies(33)

                                                                                                                              Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                              gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                              Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                              zzz pF BJg

                                                                                                                              134

                                                                                                                              Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                              135

                                                                                                                              Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                              Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                              magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                               rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                               rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                               rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                              Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                              136

                                                                                                                              3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                              137

                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                              Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                              138

                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                              Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                              twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                              139

                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                              Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                              emerged

                                                                                                                              q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                              q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                              140

                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                              Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                              141

                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                              Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                              Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                              142

                                                                                                                              Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                              Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                              Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                              Radius Rtube 5 25

                                                                                                                              Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                              Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                              Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                              Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                              Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                              plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                              at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                              143

                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                              Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                              on the initial twist q

                                                                                                                              q large direct emergence

                                                                                                                                Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                              144

                                                                                                                              dVB

                                                                                                                              E corona

                                                                                                                              2

                                                                                                                              mag 8

                                                                                                                              Setup and Results

                                                                                                                              Conditions

                                                                                                                              q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                              145

                                                                                                                              Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                              Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                              Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                              Radius Rtube 25 25

                                                                                                                              Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                              Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                              Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                              Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                              セットアップと計算結果

                                                                                                                              結果 (x=0)

                                                                                                                              146

                                                                                                                              セットアップと計算結果

                                                                                                                              結果 (y=0)

                                                                                                                              147

                                                                                                                              • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                              • 内容
                                                                                                                              • 内容 (2)
                                                                                                                              • 太陽活動と磁場
                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                              • 先行研究の概観
                                                                                                                              • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                              • 本研究の目的
                                                                                                                              • 内容 (3)
                                                                                                                              • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                              • 内容 (4)
                                                                                                                              • 2次元軸方向計算
                                                                                                                              • Slide 16
                                                                                                                              • 光球付近における減速
                                                                                                                              • パラメータ研究
                                                                                                                              • 内容 (5)
                                                                                                                              • 25次元断面方向計算
                                                                                                                              • Slide 21
                                                                                                                              • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                              • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                              • 内容 (6)
                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                              • 内容 (7)
                                                                                                                              • まとめ
                                                                                                                              • 今後の課題
                                                                                                                              • Fin
                                                                                                                              • 1 Introduction
                                                                                                                              • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                              • 3 3D Calculation
                                                                                                                              • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                              • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                              • What to Study in HAO
                                                                                                                              • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                              • Parameter Study
                                                                                                                              • Parameter Study (2)
                                                                                                                              • Parameter Study (3)
                                                                                                                              • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                              • Parameter Study (4)
                                                                                                                              • Parameter Survey
                                                                                                                              • Parameter Survey (2)
                                                                                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                              • Parameter Survey (3)
                                                                                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                              • Parameter Study (5)
                                                                                                                              • Parameter Study (6)
                                                                                                                              • Parameter Study typical case
                                                                                                                              • Slide 59
                                                                                                                              • Parameter Study BX strong
                                                                                                                              • Slide 61
                                                                                                                              • Parameter Study BX weak
                                                                                                                              • Slide 63
                                                                                                                              • Parameter Study (7)
                                                                                                                              • Parameter Study q weak
                                                                                                                              • Slide 66
                                                                                                                              • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                              • Setup
                                                                                                                              • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                              • Appendix
                                                                                                                              • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                              • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                              • 2-1 2D calculations
                                                                                                                              • Slide 74
                                                                                                                              • Deceleration near the Surface
                                                                                                                              • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                              • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                              • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                              • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                              • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                              • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                              • Summary of 3D Work
                                                                                                                              • Observation
                                                                                                                              • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                              • Results
                                                                                                                              • Results (2)
                                                                                                                              • Results (3)
                                                                                                                              • Results (4)
                                                                                                                              • Results (5)
                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                              • Observation (2)
                                                                                                                              • イントロダクション
                                                                                                                              • 数値モデル
                                                                                                                              • 議論とまとめ
                                                                                                                              • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                              • 太陽と磁場
                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                              • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                              • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                              • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                              • 光球付近での減速機構
                                                                                                                              • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                              • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                              • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                              • 数値モデル (2)
                                                                                                                              • 数値モデル (22)
                                                                                                                              • 数値モデル (23)
                                                                                                                              • 数値モデル (24)
                                                                                                                              • 数値モデル (14)
                                                                                                                              • 減速の物理 (34)
                                                                                                                              • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                              • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                              • 5 パラメータ研究
                                                                                                                              • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                              • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                              • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                              • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                              • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                              • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                              • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                              • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                              • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                              • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                              • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                              • Resistive Emergence Model
                                                                                                                              • Preceding Studies(13)
                                                                                                                              • Preceding Studies(23)
                                                                                                                              • Preceding Studies(33)
                                                                                                                              • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                              • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                              • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                              • Setup and Results
                                                                                                                              • セットアップと計算結果
                                                                                                                              • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                Parameter Study

                                                                                                                                Varying initial twist q

                                                                                                                                64

                                                                                                                                Parameter Study q weak

                                                                                                                                Varying initial twist q

                                                                                                                                65

                                                                                                                                66

                                                                                                                                Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                                Parameter Study q weak

                                                                                                                                3-1 Setup and Results

                                                                                                                                67

                                                                                                                                Setup

                                                                                                                                Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                                                                qH0=01 case rarr

                                                                                                                                68

                                                                                                                                rqrBrB x

                                                                                                                                2

                                                                                                                                tube

                                                                                                                                2

                                                                                                                                tube expR

                                                                                                                                rBrBx

                                                                                                                                3-2 Summary of 3D Work

                                                                                                                                69

                                                                                                                                Appendix

                                                                                                                                70

                                                                                                                                Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                                71

                                                                                                                                North Pole

                                                                                                                                Equator

                                                                                                                                Convection Zone

                                                                                                                                Radiative Zone

                                                                                                                                Core

                                                                                                                                Zwaan (1985)

                                                                                                                                Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                                Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                                                                (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                                                                72

                                                                                                                                North Pole

                                                                                                                                Equator

                                                                                                                                Convection Zone

                                                                                                                                Radiative Zone

                                                                                                                                Core

                                                                                                                                2-1 2D calculations

                                                                                                                                73

                                                                                                                                Apex of the Emerging Loop

                                                                                                                                Height Zapex

                                                                                                                                Rise Velocity VZapex

                                                                                                                                Surfacerarr

                                                                                                                                74

                                                                                                                                -20000 kmrarr

                                                                                                                                Axial Calculation Results

                                                                                                                                Magneticflux

                                                                                                                                Accumulateddensity

                                                                                                                                Magneticflux

                                                                                                                                Accumulateddensity

                                                                                                                                Accumulateddensity

                                                                                                                                Magneticflux

                                                                                                                                Deceleration near the Surface

                                                                                                                                Accumulated density

                                                                                                                                75

                                                                                                                                0 t

                                                                                                                                2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                                                76

                                                                                                                                2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                                                77

                                                                                                                                2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                                                78

                                                                                                                                Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                                                79

                                                                                                                                Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                80

                                                                                                                                Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                                                81

                                                                                                                                Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                Logarithmic density

                                                                                                                                Summary of 3D Work

                                                                                                                                Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                                                Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                                                82

                                                                                                                                Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                                                decelerates and

                                                                                                                                expands horizontally

                                                                                                                                Otsuji et al (2010)83

                                                                                                                                Observation

                                                                                                                                Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                                84

                                                                                                                                Results

                                                                                                                                Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                                85

                                                                                                                                q large

                                                                                                                                q small

                                                                                                                                Results

                                                                                                                                Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                                86

                                                                                                                                Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                                Results

                                                                                                                                Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                                87

                                                                                                                                Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                                Results

                                                                                                                                Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                q large obeys the initial

                                                                                                                                q2 law because the tube

                                                                                                                                keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                                because it takes more time

                                                                                                                                to emerge to the corona

                                                                                                                                and Emag is stored in the

                                                                                                                                photospheric tongue 88

                                                                                                                                dVB

                                                                                                                                Ez

                                                                                                                                0

                                                                                                                                2

                                                                                                                                mag 8

                                                                                                                                Results

                                                                                                                                Cross-section when

                                                                                                                                the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                89

                                                                                                                                Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                90

                                                                                                                                Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                                91

                                                                                                                                Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                92

                                                                                                                                Observation

                                                                                                                                Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                decelerates and

                                                                                                                                expands horizontally

                                                                                                                                Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                イントロダクション

                                                                                                                                ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                94

                                                                                                                                数値モデル

                                                                                                                                初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                  と表すこのとき force balance

                                                                                                                                 が保たれるよう

                                                                                                                                 とする

                                                                                                                                rqrBrB x

                                                                                                                                2

                                                                                                                                tube

                                                                                                                                2

                                                                                                                                tube expR

                                                                                                                                rBrBx

                                                                                                                                r

                                                                                                                                BBB

                                                                                                                                dr

                                                                                                                                d

                                                                                                                                dr

                                                                                                                                dp x

                                                                                                                                48

                                                                                                                                222

                                                                                                                                exc

                                                                                                                                222

                                                                                                                                tube2exc 1

                                                                                                                                28

                                                                                                                                1xBr

                                                                                                                                Rqp

                                                                                                                                rpzpzyp excsi

                                                                                                                                B

                                                                                                                                x

                                                                                                                                r

                                                                                                                                B

                                                                                                                                BX

                                                                                                                                2πr

                                                                                                                                95

                                                                                                                                議論とまとめ

                                                                                                                                結果の比較

                                                                                                                                物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                96

                                                                                                                                断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                議論とまとめ

                                                                                                                                3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                倍 )

                                                                                                                                将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                97

                                                                                                                                1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                太陽と磁場

                                                                                                                                Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                98

                                                                                                                                活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                Zwaan (1985)

                                                                                                                                Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                99

                                                                                                                                磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                外圧 Pe

                                                                                                                                ggf ieb )(

                                                                                                                                100

                                                                                                                                活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                AR 10926

                                                                                                                                101

                                                                                                                                磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                102

                                                                                                                                対流層内部における近似計算

                                                                                                                                ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                た 細管近似

                                                                                                                                対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                Caligari et al (1995)

                                                                                                                                103

                                                                                                                                対流層内部における近似計算

                                                                                                                                非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                Fan (2001a)104

                                                                                                                                対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                105

                                                                                                                                浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                的にコロナへ浮上

                                                                                                                                対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                光球付近での減速機構

                                                                                                                                光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                Magara (2001)

                                                                                                                                107

                                                                                                                                本研究の目的 (12)

                                                                                                                                上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                108

                                                                                                                                本研究の目的 (22)

                                                                                                                                そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                本研究の目的

                                                                                                                                減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                数値モデル

                                                                                                                                初期条件

                                                                                                                                xH-400 0 400

                                                                                                                                zH

                                                                                                                                200

                                                                                                                                100

                                                                                                                                -200

                                                                                                                                -100

                                                                                                                                NX timesNZ

                                                                                                                                =1536times1920

                                                                                                                                BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                111

                                                                                                                                LX = 16 万 km

                                                                                                                                LZ = 8 万 km

                                                                                                                                数値モデル (22)

                                                                                                                                対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                数値モデル (23)

                                                                                                                                初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                磁場BX

                                                                                                                                密度ρ

                                                                                                                                圧力 p

                                                                                                                                温度 T

                                                                                                                                対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                113

                                                                                                                                数値モデル (24)

                                                                                                                                境界条件

                                                                                                                                -400 0 400

                                                                                                                                200

                                                                                                                                100

                                                                                                                                -200

                                                                                                                                -100

                                                                                                                                周期境界 対称境界

                                                                                                                                減衰領域

                                                                                                                                x H0

                                                                                                                                z H0

                                                                                                                                114

                                                                                                                                数値モデル (14)

                                                                                                                                初期条件

                                                                                                                                x H0

                                                                                                                                -400 0 400

                                                                                                                                z H0

                                                                                                                                200

                                                                                                                                100

                                                                                                                                -200

                                                                                                                                -100

                                                                                                                                NZ=1920

                                                                                                                                NX=1536

                                                                                                                                BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                width D

                                                                                                                                z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                115

                                                                                                                                減速の物理 (34)

                                                                                                                                磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                116

                                                                                                                                減速の物理 (34)

                                                                                                                                磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                磁束シートの浮上

                                                                                                                                磁束シートが平らになる

                                                                                                                                減速

                                                                                                                                117

                                                                                                                                光球付近における減速

                                                                                                                                磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                磁場

                                                                                                                                密度差

                                                                                                                                磁場

                                                                                                                                密度差密度差

                                                                                                                                磁場

                                                                                                                                118

                                                                                                                                5 パラメータ研究

                                                                                                                                119

                                                                                                                                パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                総磁束量 Φ

                                                                                                                                を変えた計算を行った

                                                                                                                                総磁束量 Φ

                                                                                                                                磁場強度 BX

                                                                                                                                120

                                                                                                                                パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                121

                                                                                                                                パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                122

                                                                                                                                パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                123

                                                                                                                                パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                124

                                                                                                                                パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                125

                                                                                                                                パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                密度磁力線速度場126

                                                                                                                                パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                EmagEkin lt 1

                                                                                                                                127

                                                                                                                                パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                129

                                                                                                                                断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                130

                                                                                                                                Resistive Emergence Model

                                                                                                                                Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                3D simulations131

                                                                                                                                Preceding Studies(13)

                                                                                                                                Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                132

                                                                                                                                Preceding Studies(23)

                                                                                                                                Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                133

                                                                                                                                Preceding Studies(33)

                                                                                                                                Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                zzz pF BJg

                                                                                                                                134

                                                                                                                                Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                135

                                                                                                                                Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                 rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                 rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                 rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                136

                                                                                                                                3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                137

                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                138

                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                139

                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                emerged

                                                                                                                                q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                140

                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                141

                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                142

                                                                                                                                Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                143

                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                on the initial twist q

                                                                                                                                q large direct emergence

                                                                                                                                  Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                  Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                144

                                                                                                                                dVB

                                                                                                                                E corona

                                                                                                                                2

                                                                                                                                mag 8

                                                                                                                                Setup and Results

                                                                                                                                Conditions

                                                                                                                                q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                145

                                                                                                                                Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                セットアップと計算結果

                                                                                                                                結果 (x=0)

                                                                                                                                146

                                                                                                                                セットアップと計算結果

                                                                                                                                結果 (y=0)

                                                                                                                                147

                                                                                                                                • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                • 内容
                                                                                                                                • 内容 (2)
                                                                                                                                • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                • 先行研究の概観
                                                                                                                                • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                • 本研究の目的
                                                                                                                                • 内容 (3)
                                                                                                                                • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                • 内容 (4)
                                                                                                                                • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                • Slide 16
                                                                                                                                • 光球付近における減速
                                                                                                                                • パラメータ研究
                                                                                                                                • 内容 (5)
                                                                                                                                • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                • Slide 21
                                                                                                                                • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                • 内容 (6)
                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                • 内容 (7)
                                                                                                                                • まとめ
                                                                                                                                • 今後の課題
                                                                                                                                • Fin
                                                                                                                                • 1 Introduction
                                                                                                                                • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                • 3 3D Calculation
                                                                                                                                • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                • What to Study in HAO
                                                                                                                                • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                • Parameter Study
                                                                                                                                • Parameter Study (2)
                                                                                                                                • Parameter Study (3)
                                                                                                                                • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                • Parameter Study (4)
                                                                                                                                • Parameter Survey
                                                                                                                                • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                • Parameter Study (5)
                                                                                                                                • Parameter Study (6)
                                                                                                                                • Parameter Study typical case
                                                                                                                                • Slide 59
                                                                                                                                • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                • Slide 61
                                                                                                                                • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                • Slide 63
                                                                                                                                • Parameter Study (7)
                                                                                                                                • Parameter Study q weak
                                                                                                                                • Slide 66
                                                                                                                                • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                • Setup
                                                                                                                                • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                • Appendix
                                                                                                                                • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                • Slide 74
                                                                                                                                • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                • Summary of 3D Work
                                                                                                                                • Observation
                                                                                                                                • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                • Results
                                                                                                                                • Results (2)
                                                                                                                                • Results (3)
                                                                                                                                • Results (4)
                                                                                                                                • Results (5)
                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                • Observation (2)
                                                                                                                                • イントロダクション
                                                                                                                                • 数値モデル
                                                                                                                                • 議論とまとめ
                                                                                                                                • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                • 太陽と磁場
                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                • 数値モデル (2)
                                                                                                                                • 数値モデル (22)
                                                                                                                                • 数値モデル (23)
                                                                                                                                • 数値モデル (24)
                                                                                                                                • 数値モデル (14)
                                                                                                                                • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                • Setup and Results
                                                                                                                                • セットアップと計算結果
                                                                                                                                • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                  Parameter Study q weak

                                                                                                                                  Varying initial twist q

                                                                                                                                  65

                                                                                                                                  66

                                                                                                                                  Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                                  Parameter Study q weak

                                                                                                                                  3-1 Setup and Results

                                                                                                                                  67

                                                                                                                                  Setup

                                                                                                                                  Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                                                                  qH0=01 case rarr

                                                                                                                                  68

                                                                                                                                  rqrBrB x

                                                                                                                                  2

                                                                                                                                  tube

                                                                                                                                  2

                                                                                                                                  tube expR

                                                                                                                                  rBrBx

                                                                                                                                  3-2 Summary of 3D Work

                                                                                                                                  69

                                                                                                                                  Appendix

                                                                                                                                  70

                                                                                                                                  Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                                  71

                                                                                                                                  North Pole

                                                                                                                                  Equator

                                                                                                                                  Convection Zone

                                                                                                                                  Radiative Zone

                                                                                                                                  Core

                                                                                                                                  Zwaan (1985)

                                                                                                                                  Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                                  Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                                                                  (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                                                                  72

                                                                                                                                  North Pole

                                                                                                                                  Equator

                                                                                                                                  Convection Zone

                                                                                                                                  Radiative Zone

                                                                                                                                  Core

                                                                                                                                  2-1 2D calculations

                                                                                                                                  73

                                                                                                                                  Apex of the Emerging Loop

                                                                                                                                  Height Zapex

                                                                                                                                  Rise Velocity VZapex

                                                                                                                                  Surfacerarr

                                                                                                                                  74

                                                                                                                                  -20000 kmrarr

                                                                                                                                  Axial Calculation Results

                                                                                                                                  Magneticflux

                                                                                                                                  Accumulateddensity

                                                                                                                                  Magneticflux

                                                                                                                                  Accumulateddensity

                                                                                                                                  Accumulateddensity

                                                                                                                                  Magneticflux

                                                                                                                                  Deceleration near the Surface

                                                                                                                                  Accumulated density

                                                                                                                                  75

                                                                                                                                  0 t

                                                                                                                                  2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                                                  76

                                                                                                                                  2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                                                  77

                                                                                                                                  2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                                                  78

                                                                                                                                  Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                                                  79

                                                                                                                                  Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                  80

                                                                                                                                  Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                                                  81

                                                                                                                                  Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                  Logarithmic density

                                                                                                                                  Summary of 3D Work

                                                                                                                                  Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                                                  Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                                                  82

                                                                                                                                  Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                                                  decelerates and

                                                                                                                                  expands horizontally

                                                                                                                                  Otsuji et al (2010)83

                                                                                                                                  Observation

                                                                                                                                  Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                                  84

                                                                                                                                  Results

                                                                                                                                  Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                                  85

                                                                                                                                  q large

                                                                                                                                  q small

                                                                                                                                  Results

                                                                                                                                  Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                                  86

                                                                                                                                  Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                                  Results

                                                                                                                                  Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                                  87

                                                                                                                                  Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                                  Results

                                                                                                                                  Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                  q large obeys the initial

                                                                                                                                  q2 law because the tube

                                                                                                                                  keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                                  because it takes more time

                                                                                                                                  to emerge to the corona

                                                                                                                                  and Emag is stored in the

                                                                                                                                  photospheric tongue 88

                                                                                                                                  dVB

                                                                                                                                  Ez

                                                                                                                                  0

                                                                                                                                  2

                                                                                                                                  mag 8

                                                                                                                                  Results

                                                                                                                                  Cross-section when

                                                                                                                                  the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                  89

                                                                                                                                  Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                  Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                  90

                                                                                                                                  Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                  Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                                  91

                                                                                                                                  Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                  Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                  92

                                                                                                                                  Observation

                                                                                                                                  Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                  decelerates and

                                                                                                                                  expands horizontally

                                                                                                                                  Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                  イントロダクション

                                                                                                                                  ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                  考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                  (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                  94

                                                                                                                                  数値モデル

                                                                                                                                  初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                  ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                  磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                  磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                    と表すこのとき force balance

                                                                                                                                   が保たれるよう

                                                                                                                                   とする

                                                                                                                                  rqrBrB x

                                                                                                                                  2

                                                                                                                                  tube

                                                                                                                                  2

                                                                                                                                  tube expR

                                                                                                                                  rBrBx

                                                                                                                                  r

                                                                                                                                  BBB

                                                                                                                                  dr

                                                                                                                                  d

                                                                                                                                  dr

                                                                                                                                  dp x

                                                                                                                                  48

                                                                                                                                  222

                                                                                                                                  exc

                                                                                                                                  222

                                                                                                                                  tube2exc 1

                                                                                                                                  28

                                                                                                                                  1xBr

                                                                                                                                  Rqp

                                                                                                                                  rpzpzyp excsi

                                                                                                                                  B

                                                                                                                                  x

                                                                                                                                  r

                                                                                                                                  B

                                                                                                                                  BX

                                                                                                                                  2πr

                                                                                                                                  95

                                                                                                                                  議論とまとめ

                                                                                                                                  結果の比較

                                                                                                                                  物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                  初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                  総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                  初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                  磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                  初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                  1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                  減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                  96

                                                                                                                                  断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                  議論とまとめ

                                                                                                                                  3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                  軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                  総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                  考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                  倍 )

                                                                                                                                  将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                  97

                                                                                                                                  1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                  太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                  太陽と磁場

                                                                                                                                  Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                  98

                                                                                                                                  活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                  活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                  磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                  太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                  Zwaan (1985)

                                                                                                                                  Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                  99

                                                                                                                                  磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                  磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                  る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                  Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                  内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                  外圧 Pe

                                                                                                                                  ggf ieb )(

                                                                                                                                  100

                                                                                                                                  活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                  AR 10926

                                                                                                                                  101

                                                                                                                                  磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                  磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                  102

                                                                                                                                  対流層内部における近似計算

                                                                                                                                  ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                  た 細管近似

                                                                                                                                  対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                  物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                  Caligari et al (1995)

                                                                                                                                  103

                                                                                                                                  対流層内部における近似計算

                                                                                                                                  非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                  大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                  中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                  Fan (2001a)104

                                                                                                                                  対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                  しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                  細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                  したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                  105

                                                                                                                                  浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                  光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                  的にコロナへ浮上

                                                                                                                                  対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                  Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                  光球付近での減速機構

                                                                                                                                  光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                  Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                  Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                  Magara (2001)

                                                                                                                                  107

                                                                                                                                  本研究の目的 (12)

                                                                                                                                  上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                  しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                  対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                  しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                  したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                  108

                                                                                                                                  本研究の目的 (22)

                                                                                                                                  そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                  対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                  典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                  典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                  本研究の目的

                                                                                                                                  減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                  2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                  典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                  典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                  数値モデル

                                                                                                                                  初期条件

                                                                                                                                  xH-400 0 400

                                                                                                                                  zH

                                                                                                                                  200

                                                                                                                                  100

                                                                                                                                  -200

                                                                                                                                  -100

                                                                                                                                  NX timesNZ

                                                                                                                                  =1536times1920

                                                                                                                                  BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                  磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                  磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                  光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                  111

                                                                                                                                  LX = 16 万 km

                                                                                                                                  LZ = 8 万 km

                                                                                                                                  数値モデル (22)

                                                                                                                                  対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                  無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                  速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                  時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                  密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                  圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                  温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                  磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                  数値モデル (23)

                                                                                                                                  初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                  磁場BX

                                                                                                                                  密度ρ

                                                                                                                                  圧力 p

                                                                                                                                  温度 T

                                                                                                                                  対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                  113

                                                                                                                                  数値モデル (24)

                                                                                                                                  境界条件

                                                                                                                                  -400 0 400

                                                                                                                                  200

                                                                                                                                  100

                                                                                                                                  -200

                                                                                                                                  -100

                                                                                                                                  周期境界 対称境界

                                                                                                                                  減衰領域

                                                                                                                                  x H0

                                                                                                                                  z H0

                                                                                                                                  114

                                                                                                                                  数値モデル (14)

                                                                                                                                  初期条件

                                                                                                                                  x H0

                                                                                                                                  -400 0 400

                                                                                                                                  z H0

                                                                                                                                  200

                                                                                                                                  100

                                                                                                                                  -200

                                                                                                                                  -100

                                                                                                                                  NZ=1920

                                                                                                                                  NX=1536

                                                                                                                                  BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                  width D

                                                                                                                                  z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                  115

                                                                                                                                  減速の物理 (34)

                                                                                                                                  磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                  116

                                                                                                                                  減速の物理 (34)

                                                                                                                                  磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                  シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                  磁束シートの浮上

                                                                                                                                  磁束シートが平らになる

                                                                                                                                  減速

                                                                                                                                  117

                                                                                                                                  光球付近における減速

                                                                                                                                  磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                  磁場

                                                                                                                                  密度差

                                                                                                                                  磁場

                                                                                                                                  密度差密度差

                                                                                                                                  磁場

                                                                                                                                  118

                                                                                                                                  5 パラメータ研究

                                                                                                                                  119

                                                                                                                                  パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                  磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                  総磁束量 Φ

                                                                                                                                  を変えた計算を行った

                                                                                                                                  総磁束量 Φ

                                                                                                                                  磁場強度 BX

                                                                                                                                  120

                                                                                                                                  パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                  2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                  点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                  121

                                                                                                                                  パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                  減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                  122

                                                                                                                                  パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                  2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                  123

                                                                                                                                  パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                  2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                  124

                                                                                                                                  パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                  times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                  125

                                                                                                                                  パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                  密度磁力線速度場126

                                                                                                                                  パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                  対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                  EmagEkin lt 1

                                                                                                                                  127

                                                                                                                                  パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                  times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                  軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                  減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                  129

                                                                                                                                  断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                  減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                  130

                                                                                                                                  Resistive Emergence Model

                                                                                                                                  Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                  observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                  2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                  3D simulations131

                                                                                                                                  Preceding Studies(13)

                                                                                                                                  Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                  force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                  that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                  132

                                                                                                                                  Preceding Studies(23)

                                                                                                                                  Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                  persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                  133

                                                                                                                                  Preceding Studies(33)

                                                                                                                                  Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                  gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                  Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                  zzz pF BJg

                                                                                                                                  134

                                                                                                                                  Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                  135

                                                                                                                                  Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                  Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                  magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                   rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                   rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                   rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                  Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                  136

                                                                                                                                  3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                  137

                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                  Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                  138

                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                  Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                  twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                  139

                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                  Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                  emerged

                                                                                                                                  q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                  q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                  140

                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                  Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                  141

                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                  Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                  Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                  142

                                                                                                                                  Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                  Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                  Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                  Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                  Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                  Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                  Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                  Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                  Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                  plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                  at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                  143

                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                  Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                  on the initial twist q

                                                                                                                                  q large direct emergence

                                                                                                                                    Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                    Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                  144

                                                                                                                                  dVB

                                                                                                                                  E corona

                                                                                                                                  2

                                                                                                                                  mag 8

                                                                                                                                  Setup and Results

                                                                                                                                  Conditions

                                                                                                                                  q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                  145

                                                                                                                                  Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                  Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                  Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                  Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                  Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                  Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                  Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                  Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                  セットアップと計算結果

                                                                                                                                  結果 (x=0)

                                                                                                                                  146

                                                                                                                                  セットアップと計算結果

                                                                                                                                  結果 (y=0)

                                                                                                                                  147

                                                                                                                                  • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                  • 内容
                                                                                                                                  • 内容 (2)
                                                                                                                                  • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                  • 先行研究の概観
                                                                                                                                  • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                  • 本研究の目的
                                                                                                                                  • 内容 (3)
                                                                                                                                  • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                  • 内容 (4)
                                                                                                                                  • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                  • Slide 16
                                                                                                                                  • 光球付近における減速
                                                                                                                                  • パラメータ研究
                                                                                                                                  • 内容 (5)
                                                                                                                                  • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                  • Slide 21
                                                                                                                                  • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                  • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                  • 内容 (6)
                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                  • 内容 (7)
                                                                                                                                  • まとめ
                                                                                                                                  • 今後の課題
                                                                                                                                  • Fin
                                                                                                                                  • 1 Introduction
                                                                                                                                  • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                  • 3 3D Calculation
                                                                                                                                  • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                  • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                  • What to Study in HAO
                                                                                                                                  • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                  • Parameter Study
                                                                                                                                  • Parameter Study (2)
                                                                                                                                  • Parameter Study (3)
                                                                                                                                  • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                  • Parameter Study (4)
                                                                                                                                  • Parameter Survey
                                                                                                                                  • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                  • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                  • Parameter Study (5)
                                                                                                                                  • Parameter Study (6)
                                                                                                                                  • Parameter Study typical case
                                                                                                                                  • Slide 59
                                                                                                                                  • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                  • Slide 61
                                                                                                                                  • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                  • Slide 63
                                                                                                                                  • Parameter Study (7)
                                                                                                                                  • Parameter Study q weak
                                                                                                                                  • Slide 66
                                                                                                                                  • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                  • Setup
                                                                                                                                  • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                  • Appendix
                                                                                                                                  • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                  • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                  • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                  • Slide 74
                                                                                                                                  • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                  • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                  • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                  • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                  • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                  • Summary of 3D Work
                                                                                                                                  • Observation
                                                                                                                                  • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                  • Results
                                                                                                                                  • Results (2)
                                                                                                                                  • Results (3)
                                                                                                                                  • Results (4)
                                                                                                                                  • Results (5)
                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                  • Observation (2)
                                                                                                                                  • イントロダクション
                                                                                                                                  • 数値モデル
                                                                                                                                  • 議論とまとめ
                                                                                                                                  • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                  • 太陽と磁場
                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                  • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                  • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                  • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                  • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                  • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                  • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                  • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                  • 数値モデル (2)
                                                                                                                                  • 数値モデル (22)
                                                                                                                                  • 数値モデル (23)
                                                                                                                                  • 数値モデル (24)
                                                                                                                                  • 数値モデル (14)
                                                                                                                                  • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                  • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                  • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                  • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                  • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                  • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                  • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                  • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                  • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                  • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                  • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                  • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                  • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                  • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                  • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                  • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                  • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                  • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                  • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                  • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                  • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                  • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                  • Setup and Results
                                                                                                                                  • セットアップと計算結果
                                                                                                                                  • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                    66

                                                                                                                                    Density Field Lines and Velocity Vectors

                                                                                                                                    Parameter Study q weak

                                                                                                                                    3-1 Setup and Results

                                                                                                                                    67

                                                                                                                                    Setup

                                                                                                                                    Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                                                                    qH0=01 case rarr

                                                                                                                                    68

                                                                                                                                    rqrBrB x

                                                                                                                                    2

                                                                                                                                    tube

                                                                                                                                    2

                                                                                                                                    tube expR

                                                                                                                                    rBrBx

                                                                                                                                    3-2 Summary of 3D Work

                                                                                                                                    69

                                                                                                                                    Appendix

                                                                                                                                    70

                                                                                                                                    Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                                    71

                                                                                                                                    North Pole

                                                                                                                                    Equator

                                                                                                                                    Convection Zone

                                                                                                                                    Radiative Zone

                                                                                                                                    Core

                                                                                                                                    Zwaan (1985)

                                                                                                                                    Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                                    Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                                                                    (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                                                                    72

                                                                                                                                    North Pole

                                                                                                                                    Equator

                                                                                                                                    Convection Zone

                                                                                                                                    Radiative Zone

                                                                                                                                    Core

                                                                                                                                    2-1 2D calculations

                                                                                                                                    73

                                                                                                                                    Apex of the Emerging Loop

                                                                                                                                    Height Zapex

                                                                                                                                    Rise Velocity VZapex

                                                                                                                                    Surfacerarr

                                                                                                                                    74

                                                                                                                                    -20000 kmrarr

                                                                                                                                    Axial Calculation Results

                                                                                                                                    Magneticflux

                                                                                                                                    Accumulateddensity

                                                                                                                                    Magneticflux

                                                                                                                                    Accumulateddensity

                                                                                                                                    Accumulateddensity

                                                                                                                                    Magneticflux

                                                                                                                                    Deceleration near the Surface

                                                                                                                                    Accumulated density

                                                                                                                                    75

                                                                                                                                    0 t

                                                                                                                                    2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                                                    76

                                                                                                                                    2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                                                    77

                                                                                                                                    2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                                                    78

                                                                                                                                    Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                                                    79

                                                                                                                                    Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                    80

                                                                                                                                    Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                                                    81

                                                                                                                                    Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                    Logarithmic density

                                                                                                                                    Summary of 3D Work

                                                                                                                                    Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                                                    Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                                                    82

                                                                                                                                    Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                                                    decelerates and

                                                                                                                                    expands horizontally

                                                                                                                                    Otsuji et al (2010)83

                                                                                                                                    Observation

                                                                                                                                    Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                                    84

                                                                                                                                    Results

                                                                                                                                    Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                                    85

                                                                                                                                    q large

                                                                                                                                    q small

                                                                                                                                    Results

                                                                                                                                    Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                                    86

                                                                                                                                    Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                                    Results

                                                                                                                                    Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                                    87

                                                                                                                                    Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                                    Results

                                                                                                                                    Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                    q large obeys the initial

                                                                                                                                    q2 law because the tube

                                                                                                                                    keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                                    because it takes more time

                                                                                                                                    to emerge to the corona

                                                                                                                                    and Emag is stored in the

                                                                                                                                    photospheric tongue 88

                                                                                                                                    dVB

                                                                                                                                    Ez

                                                                                                                                    0

                                                                                                                                    2

                                                                                                                                    mag 8

                                                                                                                                    Results

                                                                                                                                    Cross-section when

                                                                                                                                    the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                    89

                                                                                                                                    Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                    Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                    90

                                                                                                                                    Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                    Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                                    91

                                                                                                                                    Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                    Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                    92

                                                                                                                                    Observation

                                                                                                                                    Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                    decelerates and

                                                                                                                                    expands horizontally

                                                                                                                                    Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                    イントロダクション

                                                                                                                                    ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                    考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                    (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                    94

                                                                                                                                    数値モデル

                                                                                                                                    初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                    ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                    磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                    磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                      と表すこのとき force balance

                                                                                                                                     が保たれるよう

                                                                                                                                     とする

                                                                                                                                    rqrBrB x

                                                                                                                                    2

                                                                                                                                    tube

                                                                                                                                    2

                                                                                                                                    tube expR

                                                                                                                                    rBrBx

                                                                                                                                    r

                                                                                                                                    BBB

                                                                                                                                    dr

                                                                                                                                    d

                                                                                                                                    dr

                                                                                                                                    dp x

                                                                                                                                    48

                                                                                                                                    222

                                                                                                                                    exc

                                                                                                                                    222

                                                                                                                                    tube2exc 1

                                                                                                                                    28

                                                                                                                                    1xBr

                                                                                                                                    Rqp

                                                                                                                                    rpzpzyp excsi

                                                                                                                                    B

                                                                                                                                    x

                                                                                                                                    r

                                                                                                                                    B

                                                                                                                                    BX

                                                                                                                                    2πr

                                                                                                                                    95

                                                                                                                                    議論とまとめ

                                                                                                                                    結果の比較

                                                                                                                                    物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                    初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                    総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                    初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                    磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                    初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                    1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                    減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                    96

                                                                                                                                    断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                    議論とまとめ

                                                                                                                                    3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                    軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                    総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                    考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                    倍 )

                                                                                                                                    将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                    97

                                                                                                                                    1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                    太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                    太陽と磁場

                                                                                                                                    Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                    98

                                                                                                                                    活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                    活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                    磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                    太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                    Zwaan (1985)

                                                                                                                                    Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                    99

                                                                                                                                    磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                    磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                    る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                    Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                    内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                    外圧 Pe

                                                                                                                                    ggf ieb )(

                                                                                                                                    100

                                                                                                                                    活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                    AR 10926

                                                                                                                                    101

                                                                                                                                    磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                    磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                    102

                                                                                                                                    対流層内部における近似計算

                                                                                                                                    ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                    た 細管近似

                                                                                                                                    対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                    物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                    Caligari et al (1995)

                                                                                                                                    103

                                                                                                                                    対流層内部における近似計算

                                                                                                                                    非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                    大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                    中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                    Fan (2001a)104

                                                                                                                                    対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                    しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                    細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                    したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                    105

                                                                                                                                    浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                    光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                    的にコロナへ浮上

                                                                                                                                    対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                    Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                    光球付近での減速機構

                                                                                                                                    光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                    Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                    Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                    Magara (2001)

                                                                                                                                    107

                                                                                                                                    本研究の目的 (12)

                                                                                                                                    上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                    しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                    対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                    しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                    したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                    108

                                                                                                                                    本研究の目的 (22)

                                                                                                                                    そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                    対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                    典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                    典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                    本研究の目的

                                                                                                                                    減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                    2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                    典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                    典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                    数値モデル

                                                                                                                                    初期条件

                                                                                                                                    xH-400 0 400

                                                                                                                                    zH

                                                                                                                                    200

                                                                                                                                    100

                                                                                                                                    -200

                                                                                                                                    -100

                                                                                                                                    NX timesNZ

                                                                                                                                    =1536times1920

                                                                                                                                    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                    磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                    磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                    光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                    111

                                                                                                                                    LX = 16 万 km

                                                                                                                                    LZ = 8 万 km

                                                                                                                                    数値モデル (22)

                                                                                                                                    対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                    無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                    速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                    時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                    密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                    圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                    温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                    磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                    数値モデル (23)

                                                                                                                                    初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                    磁場BX

                                                                                                                                    密度ρ

                                                                                                                                    圧力 p

                                                                                                                                    温度 T

                                                                                                                                    対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                    113

                                                                                                                                    数値モデル (24)

                                                                                                                                    境界条件

                                                                                                                                    -400 0 400

                                                                                                                                    200

                                                                                                                                    100

                                                                                                                                    -200

                                                                                                                                    -100

                                                                                                                                    周期境界 対称境界

                                                                                                                                    減衰領域

                                                                                                                                    x H0

                                                                                                                                    z H0

                                                                                                                                    114

                                                                                                                                    数値モデル (14)

                                                                                                                                    初期条件

                                                                                                                                    x H0

                                                                                                                                    -400 0 400

                                                                                                                                    z H0

                                                                                                                                    200

                                                                                                                                    100

                                                                                                                                    -200

                                                                                                                                    -100

                                                                                                                                    NZ=1920

                                                                                                                                    NX=1536

                                                                                                                                    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                    width D

                                                                                                                                    z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                    115

                                                                                                                                    減速の物理 (34)

                                                                                                                                    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                    116

                                                                                                                                    減速の物理 (34)

                                                                                                                                    磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                    シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                    磁束シートの浮上

                                                                                                                                    磁束シートが平らになる

                                                                                                                                    減速

                                                                                                                                    117

                                                                                                                                    光球付近における減速

                                                                                                                                    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                    磁場

                                                                                                                                    密度差

                                                                                                                                    磁場

                                                                                                                                    密度差密度差

                                                                                                                                    磁場

                                                                                                                                    118

                                                                                                                                    5 パラメータ研究

                                                                                                                                    119

                                                                                                                                    パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                    磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                    総磁束量 Φ

                                                                                                                                    を変えた計算を行った

                                                                                                                                    総磁束量 Φ

                                                                                                                                    磁場強度 BX

                                                                                                                                    120

                                                                                                                                    パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                    2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                    点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                    121

                                                                                                                                    パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                    減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                    122

                                                                                                                                    パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                    2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                    123

                                                                                                                                    パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                    2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                    124

                                                                                                                                    パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                    times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                    125

                                                                                                                                    パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                    密度磁力線速度場126

                                                                                                                                    パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                    対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                    EmagEkin lt 1

                                                                                                                                    127

                                                                                                                                    パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                    times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                    軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                    減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                    129

                                                                                                                                    断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                    減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                    130

                                                                                                                                    Resistive Emergence Model

                                                                                                                                    Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                    observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                    2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                    3D simulations131

                                                                                                                                    Preceding Studies(13)

                                                                                                                                    Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                    force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                    that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                    132

                                                                                                                                    Preceding Studies(23)

                                                                                                                                    Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                    persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                    133

                                                                                                                                    Preceding Studies(33)

                                                                                                                                    Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                    gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                    Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                    zzz pF BJg

                                                                                                                                    134

                                                                                                                                    Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                    135

                                                                                                                                    Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                    Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                    magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                     rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                     rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                     rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                    Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                    136

                                                                                                                                    3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                    137

                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                    Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                    138

                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                    Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                    twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                    139

                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                    Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                    emerged

                                                                                                                                    q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                    q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                    140

                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                    Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                    141

                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                    Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                    Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                    142

                                                                                                                                    Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                    Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                    Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                    Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                    Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                    Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                    Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                    Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                    Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                    plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                    at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                    143

                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                    Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                    on the initial twist q

                                                                                                                                    q large direct emergence

                                                                                                                                      Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                      Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                    144

                                                                                                                                    dVB

                                                                                                                                    E corona

                                                                                                                                    2

                                                                                                                                    mag 8

                                                                                                                                    Setup and Results

                                                                                                                                    Conditions

                                                                                                                                    q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                    145

                                                                                                                                    Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                    Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                    Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                    Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                    Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                    Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                    Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                    Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                    セットアップと計算結果

                                                                                                                                    結果 (x=0)

                                                                                                                                    146

                                                                                                                                    セットアップと計算結果

                                                                                                                                    結果 (y=0)

                                                                                                                                    147

                                                                                                                                    • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                    • 内容
                                                                                                                                    • 内容 (2)
                                                                                                                                    • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                    • 先行研究の概観
                                                                                                                                    • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                    • 本研究の目的
                                                                                                                                    • 内容 (3)
                                                                                                                                    • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                    • 内容 (4)
                                                                                                                                    • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                    • Slide 16
                                                                                                                                    • 光球付近における減速
                                                                                                                                    • パラメータ研究
                                                                                                                                    • 内容 (5)
                                                                                                                                    • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                    • Slide 21
                                                                                                                                    • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                    • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                    • 内容 (6)
                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                    • 内容 (7)
                                                                                                                                    • まとめ
                                                                                                                                    • 今後の課題
                                                                                                                                    • Fin
                                                                                                                                    • 1 Introduction
                                                                                                                                    • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                    • 3 3D Calculation
                                                                                                                                    • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                    • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                    • What to Study in HAO
                                                                                                                                    • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                    • Parameter Study
                                                                                                                                    • Parameter Study (2)
                                                                                                                                    • Parameter Study (3)
                                                                                                                                    • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                    • Parameter Study (4)
                                                                                                                                    • Parameter Survey
                                                                                                                                    • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                    • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                    • Parameter Study (5)
                                                                                                                                    • Parameter Study (6)
                                                                                                                                    • Parameter Study typical case
                                                                                                                                    • Slide 59
                                                                                                                                    • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                    • Slide 61
                                                                                                                                    • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                    • Slide 63
                                                                                                                                    • Parameter Study (7)
                                                                                                                                    • Parameter Study q weak
                                                                                                                                    • Slide 66
                                                                                                                                    • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                    • Setup
                                                                                                                                    • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                    • Appendix
                                                                                                                                    • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                    • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                    • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                    • Slide 74
                                                                                                                                    • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                    • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                    • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                    • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                    • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                    • Summary of 3D Work
                                                                                                                                    • Observation
                                                                                                                                    • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                    • Results
                                                                                                                                    • Results (2)
                                                                                                                                    • Results (3)
                                                                                                                                    • Results (4)
                                                                                                                                    • Results (5)
                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                    • Observation (2)
                                                                                                                                    • イントロダクション
                                                                                                                                    • 数値モデル
                                                                                                                                    • 議論とまとめ
                                                                                                                                    • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                    • 太陽と磁場
                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                    • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                    • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                    • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                    • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                    • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                    • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                    • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                    • 数値モデル (2)
                                                                                                                                    • 数値モデル (22)
                                                                                                                                    • 数値モデル (23)
                                                                                                                                    • 数値モデル (24)
                                                                                                                                    • 数値モデル (14)
                                                                                                                                    • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                    • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                    • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                    • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                    • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                    • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                    • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                    • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                    • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                    • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                    • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                    • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                    • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                    • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                    • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                    • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                    • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                    • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                    • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                    • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                    • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                    • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                    • Setup and Results
                                                                                                                                    • セットアップと計算結果
                                                                                                                                    • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                      3-1 Setup and Results

                                                                                                                                      67

                                                                                                                                      Setup

                                                                                                                                      Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                                                                      qH0=01 case rarr

                                                                                                                                      68

                                                                                                                                      rqrBrB x

                                                                                                                                      2

                                                                                                                                      tube

                                                                                                                                      2

                                                                                                                                      tube expR

                                                                                                                                      rBrBx

                                                                                                                                      3-2 Summary of 3D Work

                                                                                                                                      69

                                                                                                                                      Appendix

                                                                                                                                      70

                                                                                                                                      Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                                      71

                                                                                                                                      North Pole

                                                                                                                                      Equator

                                                                                                                                      Convection Zone

                                                                                                                                      Radiative Zone

                                                                                                                                      Core

                                                                                                                                      Zwaan (1985)

                                                                                                                                      Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                                      Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                                                                      (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                                                                      72

                                                                                                                                      North Pole

                                                                                                                                      Equator

                                                                                                                                      Convection Zone

                                                                                                                                      Radiative Zone

                                                                                                                                      Core

                                                                                                                                      2-1 2D calculations

                                                                                                                                      73

                                                                                                                                      Apex of the Emerging Loop

                                                                                                                                      Height Zapex

                                                                                                                                      Rise Velocity VZapex

                                                                                                                                      Surfacerarr

                                                                                                                                      74

                                                                                                                                      -20000 kmrarr

                                                                                                                                      Axial Calculation Results

                                                                                                                                      Magneticflux

                                                                                                                                      Accumulateddensity

                                                                                                                                      Magneticflux

                                                                                                                                      Accumulateddensity

                                                                                                                                      Accumulateddensity

                                                                                                                                      Magneticflux

                                                                                                                                      Deceleration near the Surface

                                                                                                                                      Accumulated density

                                                                                                                                      75

                                                                                                                                      0 t

                                                                                                                                      2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                                                      76

                                                                                                                                      2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                                                      77

                                                                                                                                      2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                                                      78

                                                                                                                                      Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                                                      79

                                                                                                                                      Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                      80

                                                                                                                                      Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                                                      81

                                                                                                                                      Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                      Logarithmic density

                                                                                                                                      Summary of 3D Work

                                                                                                                                      Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                                                      Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                                                      82

                                                                                                                                      Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                                                      decelerates and

                                                                                                                                      expands horizontally

                                                                                                                                      Otsuji et al (2010)83

                                                                                                                                      Observation

                                                                                                                                      Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                                      84

                                                                                                                                      Results

                                                                                                                                      Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                                      85

                                                                                                                                      q large

                                                                                                                                      q small

                                                                                                                                      Results

                                                                                                                                      Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                                      86

                                                                                                                                      Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                                      Results

                                                                                                                                      Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                                      87

                                                                                                                                      Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                                      Results

                                                                                                                                      Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                      q large obeys the initial

                                                                                                                                      q2 law because the tube

                                                                                                                                      keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                                      because it takes more time

                                                                                                                                      to emerge to the corona

                                                                                                                                      and Emag is stored in the

                                                                                                                                      photospheric tongue 88

                                                                                                                                      dVB

                                                                                                                                      Ez

                                                                                                                                      0

                                                                                                                                      2

                                                                                                                                      mag 8

                                                                                                                                      Results

                                                                                                                                      Cross-section when

                                                                                                                                      the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                      89

                                                                                                                                      Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                      Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                      90

                                                                                                                                      Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                      Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                                      91

                                                                                                                                      Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                      Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                      92

                                                                                                                                      Observation

                                                                                                                                      Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                      decelerates and

                                                                                                                                      expands horizontally

                                                                                                                                      Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                      イントロダクション

                                                                                                                                      ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                      考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                      (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                      94

                                                                                                                                      数値モデル

                                                                                                                                      初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                      ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                      磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                      磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                        と表すこのとき force balance

                                                                                                                                       が保たれるよう

                                                                                                                                       とする

                                                                                                                                      rqrBrB x

                                                                                                                                      2

                                                                                                                                      tube

                                                                                                                                      2

                                                                                                                                      tube expR

                                                                                                                                      rBrBx

                                                                                                                                      r

                                                                                                                                      BBB

                                                                                                                                      dr

                                                                                                                                      d

                                                                                                                                      dr

                                                                                                                                      dp x

                                                                                                                                      48

                                                                                                                                      222

                                                                                                                                      exc

                                                                                                                                      222

                                                                                                                                      tube2exc 1

                                                                                                                                      28

                                                                                                                                      1xBr

                                                                                                                                      Rqp

                                                                                                                                      rpzpzyp excsi

                                                                                                                                      B

                                                                                                                                      x

                                                                                                                                      r

                                                                                                                                      B

                                                                                                                                      BX

                                                                                                                                      2πr

                                                                                                                                      95

                                                                                                                                      議論とまとめ

                                                                                                                                      結果の比較

                                                                                                                                      物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                      初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                      総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                      初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                      磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                      初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                      1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                      減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                      96

                                                                                                                                      断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                      議論とまとめ

                                                                                                                                      3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                      軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                      総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                      考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                      倍 )

                                                                                                                                      将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                      97

                                                                                                                                      1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                      太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                      太陽と磁場

                                                                                                                                      Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                      98

                                                                                                                                      活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                      活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                      磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                      太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                      Zwaan (1985)

                                                                                                                                      Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                      99

                                                                                                                                      磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                      磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                      る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                      Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                      内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                      外圧 Pe

                                                                                                                                      ggf ieb )(

                                                                                                                                      100

                                                                                                                                      活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                      AR 10926

                                                                                                                                      101

                                                                                                                                      磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                      磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                      102

                                                                                                                                      対流層内部における近似計算

                                                                                                                                      ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                      た 細管近似

                                                                                                                                      対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                      物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                      Caligari et al (1995)

                                                                                                                                      103

                                                                                                                                      対流層内部における近似計算

                                                                                                                                      非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                      大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                      中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                      Fan (2001a)104

                                                                                                                                      対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                      しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                      細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                      したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                      105

                                                                                                                                      浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                      光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                      的にコロナへ浮上

                                                                                                                                      対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                      Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                      光球付近での減速機構

                                                                                                                                      光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                      Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                      Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                      Magara (2001)

                                                                                                                                      107

                                                                                                                                      本研究の目的 (12)

                                                                                                                                      上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                      しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                      対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                      しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                      したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                      108

                                                                                                                                      本研究の目的 (22)

                                                                                                                                      そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                      対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                      典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                      典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                      本研究の目的

                                                                                                                                      減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                      2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                      典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                      典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                      数値モデル

                                                                                                                                      初期条件

                                                                                                                                      xH-400 0 400

                                                                                                                                      zH

                                                                                                                                      200

                                                                                                                                      100

                                                                                                                                      -200

                                                                                                                                      -100

                                                                                                                                      NX timesNZ

                                                                                                                                      =1536times1920

                                                                                                                                      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                      磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                      磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                      光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                      111

                                                                                                                                      LX = 16 万 km

                                                                                                                                      LZ = 8 万 km

                                                                                                                                      数値モデル (22)

                                                                                                                                      対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                      無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                      速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                      時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                      密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                      圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                      温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                      磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                      数値モデル (23)

                                                                                                                                      初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                      磁場BX

                                                                                                                                      密度ρ

                                                                                                                                      圧力 p

                                                                                                                                      温度 T

                                                                                                                                      対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                      113

                                                                                                                                      数値モデル (24)

                                                                                                                                      境界条件

                                                                                                                                      -400 0 400

                                                                                                                                      200

                                                                                                                                      100

                                                                                                                                      -200

                                                                                                                                      -100

                                                                                                                                      周期境界 対称境界

                                                                                                                                      減衰領域

                                                                                                                                      x H0

                                                                                                                                      z H0

                                                                                                                                      114

                                                                                                                                      数値モデル (14)

                                                                                                                                      初期条件

                                                                                                                                      x H0

                                                                                                                                      -400 0 400

                                                                                                                                      z H0

                                                                                                                                      200

                                                                                                                                      100

                                                                                                                                      -200

                                                                                                                                      -100

                                                                                                                                      NZ=1920

                                                                                                                                      NX=1536

                                                                                                                                      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                      width D

                                                                                                                                      z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                      115

                                                                                                                                      減速の物理 (34)

                                                                                                                                      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                      116

                                                                                                                                      減速の物理 (34)

                                                                                                                                      磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                      シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                      磁束シートの浮上

                                                                                                                                      磁束シートが平らになる

                                                                                                                                      減速

                                                                                                                                      117

                                                                                                                                      光球付近における減速

                                                                                                                                      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                      磁場

                                                                                                                                      密度差

                                                                                                                                      磁場

                                                                                                                                      密度差密度差

                                                                                                                                      磁場

                                                                                                                                      118

                                                                                                                                      5 パラメータ研究

                                                                                                                                      119

                                                                                                                                      パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                      磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                      総磁束量 Φ

                                                                                                                                      を変えた計算を行った

                                                                                                                                      総磁束量 Φ

                                                                                                                                      磁場強度 BX

                                                                                                                                      120

                                                                                                                                      パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                      2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                      点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                      121

                                                                                                                                      パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                      減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                      122

                                                                                                                                      パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                      2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                      123

                                                                                                                                      パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                      2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                      124

                                                                                                                                      パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                      times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                      125

                                                                                                                                      パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                      密度磁力線速度場126

                                                                                                                                      パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                      対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                      EmagEkin lt 1

                                                                                                                                      127

                                                                                                                                      パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                      times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                      軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                      減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                      129

                                                                                                                                      断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                      減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                      130

                                                                                                                                      Resistive Emergence Model

                                                                                                                                      Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                      observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                      2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                      3D simulations131

                                                                                                                                      Preceding Studies(13)

                                                                                                                                      Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                      force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                      that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                      132

                                                                                                                                      Preceding Studies(23)

                                                                                                                                      Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                      persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                      133

                                                                                                                                      Preceding Studies(33)

                                                                                                                                      Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                      gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                      Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                      zzz pF BJg

                                                                                                                                      134

                                                                                                                                      Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                      135

                                                                                                                                      Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                      Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                      magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                       rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                       rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                       rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                      Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                      136

                                                                                                                                      3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                      137

                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                      Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                      138

                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                      Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                      twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                      139

                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                      Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                      emerged

                                                                                                                                      q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                      q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                      140

                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                      Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                      141

                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                      Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                      Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                      142

                                                                                                                                      Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                      Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                      Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                      Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                      Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                      Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                      Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                      Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                      Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                      plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                      at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                      143

                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                      Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                      on the initial twist q

                                                                                                                                      q large direct emergence

                                                                                                                                        Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                        Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                      144

                                                                                                                                      dVB

                                                                                                                                      E corona

                                                                                                                                      2

                                                                                                                                      mag 8

                                                                                                                                      Setup and Results

                                                                                                                                      Conditions

                                                                                                                                      q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                      145

                                                                                                                                      Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                      Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                      Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                      Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                      Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                      Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                      Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                      Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                      セットアップと計算結果

                                                                                                                                      結果 (x=0)

                                                                                                                                      146

                                                                                                                                      セットアップと計算結果

                                                                                                                                      結果 (y=0)

                                                                                                                                      147

                                                                                                                                      • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                      • 内容
                                                                                                                                      • 内容 (2)
                                                                                                                                      • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                      • 先行研究の概観
                                                                                                                                      • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                      • 本研究の目的
                                                                                                                                      • 内容 (3)
                                                                                                                                      • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                      • 内容 (4)
                                                                                                                                      • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                      • Slide 16
                                                                                                                                      • 光球付近における減速
                                                                                                                                      • パラメータ研究
                                                                                                                                      • 内容 (5)
                                                                                                                                      • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                      • Slide 21
                                                                                                                                      • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                      • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                      • 内容 (6)
                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                      • 内容 (7)
                                                                                                                                      • まとめ
                                                                                                                                      • 今後の課題
                                                                                                                                      • Fin
                                                                                                                                      • 1 Introduction
                                                                                                                                      • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                      • 3 3D Calculation
                                                                                                                                      • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                      • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                      • What to Study in HAO
                                                                                                                                      • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                      • Parameter Study
                                                                                                                                      • Parameter Study (2)
                                                                                                                                      • Parameter Study (3)
                                                                                                                                      • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                      • Parameter Study (4)
                                                                                                                                      • Parameter Survey
                                                                                                                                      • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                      • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                      • Parameter Study (5)
                                                                                                                                      • Parameter Study (6)
                                                                                                                                      • Parameter Study typical case
                                                                                                                                      • Slide 59
                                                                                                                                      • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                      • Slide 61
                                                                                                                                      • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                      • Slide 63
                                                                                                                                      • Parameter Study (7)
                                                                                                                                      • Parameter Study q weak
                                                                                                                                      • Slide 66
                                                                                                                                      • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                      • Setup
                                                                                                                                      • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                      • Appendix
                                                                                                                                      • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                      • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                      • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                      • Slide 74
                                                                                                                                      • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                      • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                      • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                      • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                      • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                      • Summary of 3D Work
                                                                                                                                      • Observation
                                                                                                                                      • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                      • Results
                                                                                                                                      • Results (2)
                                                                                                                                      • Results (3)
                                                                                                                                      • Results (4)
                                                                                                                                      • Results (5)
                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                      • Observation (2)
                                                                                                                                      • イントロダクション
                                                                                                                                      • 数値モデル
                                                                                                                                      • 議論とまとめ
                                                                                                                                      • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                      • 太陽と磁場
                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                      • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                      • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                      • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                      • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                      • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                      • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                      • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                      • 数値モデル (2)
                                                                                                                                      • 数値モデル (22)
                                                                                                                                      • 数値モデル (23)
                                                                                                                                      • 数値モデル (24)
                                                                                                                                      • 数値モデル (14)
                                                                                                                                      • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                      • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                      • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                      • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                      • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                      • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                      • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                      • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                      • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                      • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                      • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                      • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                      • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                      • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                      • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                      • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                      • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                      • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                      • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                      • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                      • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                      • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                      • Setup and Results
                                                                                                                                      • セットアップと計算結果
                                                                                                                                      • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                        Setup

                                                                                                                                        Conditions Initial conditions are similar to those of Murray et al (2006) Gaussian type flux tube

                                                                                                                                        qH0=01 case rarr

                                                                                                                                        68

                                                                                                                                        rqrBrB x

                                                                                                                                        2

                                                                                                                                        tube

                                                                                                                                        2

                                                                                                                                        tube expR

                                                                                                                                        rBrBx

                                                                                                                                        3-2 Summary of 3D Work

                                                                                                                                        69

                                                                                                                                        Appendix

                                                                                                                                        70

                                                                                                                                        Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                                        71

                                                                                                                                        North Pole

                                                                                                                                        Equator

                                                                                                                                        Convection Zone

                                                                                                                                        Radiative Zone

                                                                                                                                        Core

                                                                                                                                        Zwaan (1985)

                                                                                                                                        Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                                        Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                                                                        (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                                                                        72

                                                                                                                                        North Pole

                                                                                                                                        Equator

                                                                                                                                        Convection Zone

                                                                                                                                        Radiative Zone

                                                                                                                                        Core

                                                                                                                                        2-1 2D calculations

                                                                                                                                        73

                                                                                                                                        Apex of the Emerging Loop

                                                                                                                                        Height Zapex

                                                                                                                                        Rise Velocity VZapex

                                                                                                                                        Surfacerarr

                                                                                                                                        74

                                                                                                                                        -20000 kmrarr

                                                                                                                                        Axial Calculation Results

                                                                                                                                        Magneticflux

                                                                                                                                        Accumulateddensity

                                                                                                                                        Magneticflux

                                                                                                                                        Accumulateddensity

                                                                                                                                        Accumulateddensity

                                                                                                                                        Magneticflux

                                                                                                                                        Deceleration near the Surface

                                                                                                                                        Accumulated density

                                                                                                                                        75

                                                                                                                                        0 t

                                                                                                                                        2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                                                        76

                                                                                                                                        2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                                                        77

                                                                                                                                        2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                                                        78

                                                                                                                                        Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                                                        79

                                                                                                                                        Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                        80

                                                                                                                                        Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                                                        81

                                                                                                                                        Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                        Logarithmic density

                                                                                                                                        Summary of 3D Work

                                                                                                                                        Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                                                        Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                                                        82

                                                                                                                                        Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                                                        decelerates and

                                                                                                                                        expands horizontally

                                                                                                                                        Otsuji et al (2010)83

                                                                                                                                        Observation

                                                                                                                                        Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                                        84

                                                                                                                                        Results

                                                                                                                                        Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                                        85

                                                                                                                                        q large

                                                                                                                                        q small

                                                                                                                                        Results

                                                                                                                                        Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                                        86

                                                                                                                                        Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                                        Results

                                                                                                                                        Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                                        87

                                                                                                                                        Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                                        Results

                                                                                                                                        Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                        q large obeys the initial

                                                                                                                                        q2 law because the tube

                                                                                                                                        keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                                        because it takes more time

                                                                                                                                        to emerge to the corona

                                                                                                                                        and Emag is stored in the

                                                                                                                                        photospheric tongue 88

                                                                                                                                        dVB

                                                                                                                                        Ez

                                                                                                                                        0

                                                                                                                                        2

                                                                                                                                        mag 8

                                                                                                                                        Results

                                                                                                                                        Cross-section when

                                                                                                                                        the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                        89

                                                                                                                                        Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                        Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                        90

                                                                                                                                        Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                        Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                                        91

                                                                                                                                        Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                        Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                        92

                                                                                                                                        Observation

                                                                                                                                        Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                        decelerates and

                                                                                                                                        expands horizontally

                                                                                                                                        Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                        イントロダクション

                                                                                                                                        ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                        考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                        (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                        94

                                                                                                                                        数値モデル

                                                                                                                                        初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                        ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                        磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                        磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                          と表すこのとき force balance

                                                                                                                                         が保たれるよう

                                                                                                                                         とする

                                                                                                                                        rqrBrB x

                                                                                                                                        2

                                                                                                                                        tube

                                                                                                                                        2

                                                                                                                                        tube expR

                                                                                                                                        rBrBx

                                                                                                                                        r

                                                                                                                                        BBB

                                                                                                                                        dr

                                                                                                                                        d

                                                                                                                                        dr

                                                                                                                                        dp x

                                                                                                                                        48

                                                                                                                                        222

                                                                                                                                        exc

                                                                                                                                        222

                                                                                                                                        tube2exc 1

                                                                                                                                        28

                                                                                                                                        1xBr

                                                                                                                                        Rqp

                                                                                                                                        rpzpzyp excsi

                                                                                                                                        B

                                                                                                                                        x

                                                                                                                                        r

                                                                                                                                        B

                                                                                                                                        BX

                                                                                                                                        2πr

                                                                                                                                        95

                                                                                                                                        議論とまとめ

                                                                                                                                        結果の比較

                                                                                                                                        物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                        初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                        総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                        初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                        磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                        初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                        1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                        減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                        96

                                                                                                                                        断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                        議論とまとめ

                                                                                                                                        3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                        軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                        総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                        考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                        倍 )

                                                                                                                                        将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                        97

                                                                                                                                        1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                        太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                        太陽と磁場

                                                                                                                                        Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                        98

                                                                                                                                        活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                        活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                        磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                        太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                        Zwaan (1985)

                                                                                                                                        Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                        99

                                                                                                                                        磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                        磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                        る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                        Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                        内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                        外圧 Pe

                                                                                                                                        ggf ieb )(

                                                                                                                                        100

                                                                                                                                        活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                        AR 10926

                                                                                                                                        101

                                                                                                                                        磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                        磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                        102

                                                                                                                                        対流層内部における近似計算

                                                                                                                                        ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                        た 細管近似

                                                                                                                                        対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                        物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                        Caligari et al (1995)

                                                                                                                                        103

                                                                                                                                        対流層内部における近似計算

                                                                                                                                        非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                        大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                        中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                        Fan (2001a)104

                                                                                                                                        対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                        しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                        細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                        したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                        105

                                                                                                                                        浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                        光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                        的にコロナへ浮上

                                                                                                                                        対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                        Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                        光球付近での減速機構

                                                                                                                                        光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                        Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                        Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                        Magara (2001)

                                                                                                                                        107

                                                                                                                                        本研究の目的 (12)

                                                                                                                                        上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                        しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                        対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                        しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                        したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                        108

                                                                                                                                        本研究の目的 (22)

                                                                                                                                        そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                        対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                        典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                        典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                        本研究の目的

                                                                                                                                        減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                        2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                        典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                        典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                        数値モデル

                                                                                                                                        初期条件

                                                                                                                                        xH-400 0 400

                                                                                                                                        zH

                                                                                                                                        200

                                                                                                                                        100

                                                                                                                                        -200

                                                                                                                                        -100

                                                                                                                                        NX timesNZ

                                                                                                                                        =1536times1920

                                                                                                                                        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                        磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                        磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                        光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                        111

                                                                                                                                        LX = 16 万 km

                                                                                                                                        LZ = 8 万 km

                                                                                                                                        数値モデル (22)

                                                                                                                                        対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                        無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                        速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                        時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                        密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                        圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                        温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                        磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                        数値モデル (23)

                                                                                                                                        初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                        磁場BX

                                                                                                                                        密度ρ

                                                                                                                                        圧力 p

                                                                                                                                        温度 T

                                                                                                                                        対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                        113

                                                                                                                                        数値モデル (24)

                                                                                                                                        境界条件

                                                                                                                                        -400 0 400

                                                                                                                                        200

                                                                                                                                        100

                                                                                                                                        -200

                                                                                                                                        -100

                                                                                                                                        周期境界 対称境界

                                                                                                                                        減衰領域

                                                                                                                                        x H0

                                                                                                                                        z H0

                                                                                                                                        114

                                                                                                                                        数値モデル (14)

                                                                                                                                        初期条件

                                                                                                                                        x H0

                                                                                                                                        -400 0 400

                                                                                                                                        z H0

                                                                                                                                        200

                                                                                                                                        100

                                                                                                                                        -200

                                                                                                                                        -100

                                                                                                                                        NZ=1920

                                                                                                                                        NX=1536

                                                                                                                                        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                        width D

                                                                                                                                        z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                        115

                                                                                                                                        減速の物理 (34)

                                                                                                                                        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                        116

                                                                                                                                        減速の物理 (34)

                                                                                                                                        磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                        シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                        磁束シートの浮上

                                                                                                                                        磁束シートが平らになる

                                                                                                                                        減速

                                                                                                                                        117

                                                                                                                                        光球付近における減速

                                                                                                                                        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                        磁場

                                                                                                                                        密度差

                                                                                                                                        磁場

                                                                                                                                        密度差密度差

                                                                                                                                        磁場

                                                                                                                                        118

                                                                                                                                        5 パラメータ研究

                                                                                                                                        119

                                                                                                                                        パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                        磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                        総磁束量 Φ

                                                                                                                                        を変えた計算を行った

                                                                                                                                        総磁束量 Φ

                                                                                                                                        磁場強度 BX

                                                                                                                                        120

                                                                                                                                        パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                        2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                        点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                        121

                                                                                                                                        パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                        減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                        122

                                                                                                                                        パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                        2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                        123

                                                                                                                                        パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                        2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                        124

                                                                                                                                        パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                        times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                        125

                                                                                                                                        パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                        密度磁力線速度場126

                                                                                                                                        パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                        対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                        EmagEkin lt 1

                                                                                                                                        127

                                                                                                                                        パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                        times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                        軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                        減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                        129

                                                                                                                                        断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                        減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                        130

                                                                                                                                        Resistive Emergence Model

                                                                                                                                        Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                        observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                        2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                        3D simulations131

                                                                                                                                        Preceding Studies(13)

                                                                                                                                        Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                        force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                        that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                        132

                                                                                                                                        Preceding Studies(23)

                                                                                                                                        Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                        persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                        133

                                                                                                                                        Preceding Studies(33)

                                                                                                                                        Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                        gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                        Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                        zzz pF BJg

                                                                                                                                        134

                                                                                                                                        Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                        135

                                                                                                                                        Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                        Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                        magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                         rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                         rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                         rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                        Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                        136

                                                                                                                                        3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                        137

                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                        Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                        138

                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                        Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                        twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                        139

                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                        Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                        emerged

                                                                                                                                        q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                        q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                        140

                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                        Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                        141

                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                        Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                        Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                        142

                                                                                                                                        Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                        Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                        Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                        Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                        Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                        Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                        Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                        Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                        Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                        plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                        at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                        143

                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                        Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                        on the initial twist q

                                                                                                                                        q large direct emergence

                                                                                                                                          Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                          Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                        144

                                                                                                                                        dVB

                                                                                                                                        E corona

                                                                                                                                        2

                                                                                                                                        mag 8

                                                                                                                                        Setup and Results

                                                                                                                                        Conditions

                                                                                                                                        q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                        145

                                                                                                                                        Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                        Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                        Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                        Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                        Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                        Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                        Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                        Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                        セットアップと計算結果

                                                                                                                                        結果 (x=0)

                                                                                                                                        146

                                                                                                                                        セットアップと計算結果

                                                                                                                                        結果 (y=0)

                                                                                                                                        147

                                                                                                                                        • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                        • 内容
                                                                                                                                        • 内容 (2)
                                                                                                                                        • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                        • 先行研究の概観
                                                                                                                                        • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                        • 本研究の目的
                                                                                                                                        • 内容 (3)
                                                                                                                                        • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                        • 内容 (4)
                                                                                                                                        • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                        • Slide 16
                                                                                                                                        • 光球付近における減速
                                                                                                                                        • パラメータ研究
                                                                                                                                        • 内容 (5)
                                                                                                                                        • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                        • Slide 21
                                                                                                                                        • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                        • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                        • 内容 (6)
                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                        • 内容 (7)
                                                                                                                                        • まとめ
                                                                                                                                        • 今後の課題
                                                                                                                                        • Fin
                                                                                                                                        • 1 Introduction
                                                                                                                                        • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                        • 3 3D Calculation
                                                                                                                                        • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                        • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                        • What to Study in HAO
                                                                                                                                        • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                        • Parameter Study
                                                                                                                                        • Parameter Study (2)
                                                                                                                                        • Parameter Study (3)
                                                                                                                                        • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                        • Parameter Study (4)
                                                                                                                                        • Parameter Survey
                                                                                                                                        • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                        • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                        • Parameter Study (5)
                                                                                                                                        • Parameter Study (6)
                                                                                                                                        • Parameter Study typical case
                                                                                                                                        • Slide 59
                                                                                                                                        • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                        • Slide 61
                                                                                                                                        • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                        • Slide 63
                                                                                                                                        • Parameter Study (7)
                                                                                                                                        • Parameter Study q weak
                                                                                                                                        • Slide 66
                                                                                                                                        • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                        • Setup
                                                                                                                                        • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                        • Appendix
                                                                                                                                        • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                        • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                        • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                        • Slide 74
                                                                                                                                        • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                        • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                        • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                        • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                        • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                        • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                        • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                        • Summary of 3D Work
                                                                                                                                        • Observation
                                                                                                                                        • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                        • Results
                                                                                                                                        • Results (2)
                                                                                                                                        • Results (3)
                                                                                                                                        • Results (4)
                                                                                                                                        • Results (5)
                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                        • Observation (2)
                                                                                                                                        • イントロダクション
                                                                                                                                        • 数値モデル
                                                                                                                                        • 議論とまとめ
                                                                                                                                        • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                        • 太陽と磁場
                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                        • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                        • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                        • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                        • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                        • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                        • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                        • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                        • 数値モデル (2)
                                                                                                                                        • 数値モデル (22)
                                                                                                                                        • 数値モデル (23)
                                                                                                                                        • 数値モデル (24)
                                                                                                                                        • 数値モデル (14)
                                                                                                                                        • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                        • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                        • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                        • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                        • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                        • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                        • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                        • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                        • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                        • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                        • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                        • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                        • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                        • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                        • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                        • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                        • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                        • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                        • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                        • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                        • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                        • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                        • Setup and Results
                                                                                                                                        • セットアップと計算結果
                                                                                                                                        • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                          3-2 Summary of 3D Work

                                                                                                                                          69

                                                                                                                                          Appendix

                                                                                                                                          70

                                                                                                                                          Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                                          71

                                                                                                                                          North Pole

                                                                                                                                          Equator

                                                                                                                                          Convection Zone

                                                                                                                                          Radiative Zone

                                                                                                                                          Core

                                                                                                                                          Zwaan (1985)

                                                                                                                                          Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                                          Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                                                                          (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                                                                          72

                                                                                                                                          North Pole

                                                                                                                                          Equator

                                                                                                                                          Convection Zone

                                                                                                                                          Radiative Zone

                                                                                                                                          Core

                                                                                                                                          2-1 2D calculations

                                                                                                                                          73

                                                                                                                                          Apex of the Emerging Loop

                                                                                                                                          Height Zapex

                                                                                                                                          Rise Velocity VZapex

                                                                                                                                          Surfacerarr

                                                                                                                                          74

                                                                                                                                          -20000 kmrarr

                                                                                                                                          Axial Calculation Results

                                                                                                                                          Magneticflux

                                                                                                                                          Accumulateddensity

                                                                                                                                          Magneticflux

                                                                                                                                          Accumulateddensity

                                                                                                                                          Accumulateddensity

                                                                                                                                          Magneticflux

                                                                                                                                          Deceleration near the Surface

                                                                                                                                          Accumulated density

                                                                                                                                          75

                                                                                                                                          0 t

                                                                                                                                          2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                                                          76

                                                                                                                                          2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                                                          77

                                                                                                                                          2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                                                          78

                                                                                                                                          Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                                                          79

                                                                                                                                          Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                          80

                                                                                                                                          Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                                                          81

                                                                                                                                          Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                          Logarithmic density

                                                                                                                                          Summary of 3D Work

                                                                                                                                          Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                                                          Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                                                          82

                                                                                                                                          Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                                                          decelerates and

                                                                                                                                          expands horizontally

                                                                                                                                          Otsuji et al (2010)83

                                                                                                                                          Observation

                                                                                                                                          Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                                          84

                                                                                                                                          Results

                                                                                                                                          Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                                          85

                                                                                                                                          q large

                                                                                                                                          q small

                                                                                                                                          Results

                                                                                                                                          Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                                          86

                                                                                                                                          Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                                          Results

                                                                                                                                          Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                                          87

                                                                                                                                          Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                                          Results

                                                                                                                                          Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                          q large obeys the initial

                                                                                                                                          q2 law because the tube

                                                                                                                                          keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                                          because it takes more time

                                                                                                                                          to emerge to the corona

                                                                                                                                          and Emag is stored in the

                                                                                                                                          photospheric tongue 88

                                                                                                                                          dVB

                                                                                                                                          Ez

                                                                                                                                          0

                                                                                                                                          2

                                                                                                                                          mag 8

                                                                                                                                          Results

                                                                                                                                          Cross-section when

                                                                                                                                          the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                          89

                                                                                                                                          Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                          Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                          90

                                                                                                                                          Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                          Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                                          91

                                                                                                                                          Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                          Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                          92

                                                                                                                                          Observation

                                                                                                                                          Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                          decelerates and

                                                                                                                                          expands horizontally

                                                                                                                                          Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                          イントロダクション

                                                                                                                                          ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                          考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                          (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                          94

                                                                                                                                          数値モデル

                                                                                                                                          初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                          ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                          磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                          磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                            と表すこのとき force balance

                                                                                                                                           が保たれるよう

                                                                                                                                           とする

                                                                                                                                          rqrBrB x

                                                                                                                                          2

                                                                                                                                          tube

                                                                                                                                          2

                                                                                                                                          tube expR

                                                                                                                                          rBrBx

                                                                                                                                          r

                                                                                                                                          BBB

                                                                                                                                          dr

                                                                                                                                          d

                                                                                                                                          dr

                                                                                                                                          dp x

                                                                                                                                          48

                                                                                                                                          222

                                                                                                                                          exc

                                                                                                                                          222

                                                                                                                                          tube2exc 1

                                                                                                                                          28

                                                                                                                                          1xBr

                                                                                                                                          Rqp

                                                                                                                                          rpzpzyp excsi

                                                                                                                                          B

                                                                                                                                          x

                                                                                                                                          r

                                                                                                                                          B

                                                                                                                                          BX

                                                                                                                                          2πr

                                                                                                                                          95

                                                                                                                                          議論とまとめ

                                                                                                                                          結果の比較

                                                                                                                                          物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                          初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                          総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                          初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                          磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                          初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                          1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                          減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                          96

                                                                                                                                          断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                          議論とまとめ

                                                                                                                                          3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                          軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                          総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                          考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                          倍 )

                                                                                                                                          将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                          97

                                                                                                                                          1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                          太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                          太陽と磁場

                                                                                                                                          Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                          98

                                                                                                                                          活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                          活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                          磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                          太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                          Zwaan (1985)

                                                                                                                                          Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                          99

                                                                                                                                          磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                          磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                          る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                          Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                          内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                          外圧 Pe

                                                                                                                                          ggf ieb )(

                                                                                                                                          100

                                                                                                                                          活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                          AR 10926

                                                                                                                                          101

                                                                                                                                          磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                          磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                          102

                                                                                                                                          対流層内部における近似計算

                                                                                                                                          ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                          た 細管近似

                                                                                                                                          対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                          物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                          Caligari et al (1995)

                                                                                                                                          103

                                                                                                                                          対流層内部における近似計算

                                                                                                                                          非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                          大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                          中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                          Fan (2001a)104

                                                                                                                                          対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                          しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                          細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                          したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                          105

                                                                                                                                          浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                          光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                          的にコロナへ浮上

                                                                                                                                          対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                          Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                          光球付近での減速機構

                                                                                                                                          光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                          Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                          Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                          Magara (2001)

                                                                                                                                          107

                                                                                                                                          本研究の目的 (12)

                                                                                                                                          上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                          しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                          対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                          しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                          したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                          108

                                                                                                                                          本研究の目的 (22)

                                                                                                                                          そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                          対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                          典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                          典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                          本研究の目的

                                                                                                                                          減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                          2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                          典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                          典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                          数値モデル

                                                                                                                                          初期条件

                                                                                                                                          xH-400 0 400

                                                                                                                                          zH

                                                                                                                                          200

                                                                                                                                          100

                                                                                                                                          -200

                                                                                                                                          -100

                                                                                                                                          NX timesNZ

                                                                                                                                          =1536times1920

                                                                                                                                          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                          磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                          磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                          光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                          111

                                                                                                                                          LX = 16 万 km

                                                                                                                                          LZ = 8 万 km

                                                                                                                                          数値モデル (22)

                                                                                                                                          対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                          無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                          速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                          時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                          密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                          圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                          温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                          磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                          数値モデル (23)

                                                                                                                                          初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                          磁場BX

                                                                                                                                          密度ρ

                                                                                                                                          圧力 p

                                                                                                                                          温度 T

                                                                                                                                          対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                          113

                                                                                                                                          数値モデル (24)

                                                                                                                                          境界条件

                                                                                                                                          -400 0 400

                                                                                                                                          200

                                                                                                                                          100

                                                                                                                                          -200

                                                                                                                                          -100

                                                                                                                                          周期境界 対称境界

                                                                                                                                          減衰領域

                                                                                                                                          x H0

                                                                                                                                          z H0

                                                                                                                                          114

                                                                                                                                          数値モデル (14)

                                                                                                                                          初期条件

                                                                                                                                          x H0

                                                                                                                                          -400 0 400

                                                                                                                                          z H0

                                                                                                                                          200

                                                                                                                                          100

                                                                                                                                          -200

                                                                                                                                          -100

                                                                                                                                          NZ=1920

                                                                                                                                          NX=1536

                                                                                                                                          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                          width D

                                                                                                                                          z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                          115

                                                                                                                                          減速の物理 (34)

                                                                                                                                          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                          116

                                                                                                                                          減速の物理 (34)

                                                                                                                                          磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                          シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                          磁束シートの浮上

                                                                                                                                          磁束シートが平らになる

                                                                                                                                          減速

                                                                                                                                          117

                                                                                                                                          光球付近における減速

                                                                                                                                          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                          磁場

                                                                                                                                          密度差

                                                                                                                                          磁場

                                                                                                                                          密度差密度差

                                                                                                                                          磁場

                                                                                                                                          118

                                                                                                                                          5 パラメータ研究

                                                                                                                                          119

                                                                                                                                          パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                          磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                          総磁束量 Φ

                                                                                                                                          を変えた計算を行った

                                                                                                                                          総磁束量 Φ

                                                                                                                                          磁場強度 BX

                                                                                                                                          120

                                                                                                                                          パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                          2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                          点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                          121

                                                                                                                                          パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                          減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                          122

                                                                                                                                          パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                          2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                          123

                                                                                                                                          パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                          2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                          124

                                                                                                                                          パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                          times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                          125

                                                                                                                                          パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                          密度磁力線速度場126

                                                                                                                                          パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                          対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                          EmagEkin lt 1

                                                                                                                                          127

                                                                                                                                          パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                          times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                          軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                          減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                          129

                                                                                                                                          断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                          減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                          130

                                                                                                                                          Resistive Emergence Model

                                                                                                                                          Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                          observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                          2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                          3D simulations131

                                                                                                                                          Preceding Studies(13)

                                                                                                                                          Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                          force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                          that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                          132

                                                                                                                                          Preceding Studies(23)

                                                                                                                                          Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                          persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                          133

                                                                                                                                          Preceding Studies(33)

                                                                                                                                          Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                          gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                          Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                          zzz pF BJg

                                                                                                                                          134

                                                                                                                                          Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                          135

                                                                                                                                          Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                          Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                          magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                           rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                           rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                           rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                          Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                          136

                                                                                                                                          3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                          137

                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                          Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                          138

                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                          Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                          twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                          139

                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                          Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                          emerged

                                                                                                                                          q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                          q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                          140

                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                          Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                          141

                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                          Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                          Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                          142

                                                                                                                                          Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                          Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                          Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                          Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                          Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                          Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                          Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                          Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                          Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                          plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                          at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                          143

                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                          Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                          on the initial twist q

                                                                                                                                          q large direct emergence

                                                                                                                                            Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                            Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                          144

                                                                                                                                          dVB

                                                                                                                                          E corona

                                                                                                                                          2

                                                                                                                                          mag 8

                                                                                                                                          Setup and Results

                                                                                                                                          Conditions

                                                                                                                                          q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                          145

                                                                                                                                          Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                          Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                          Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                          Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                          Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                          Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                          Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                          Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                          セットアップと計算結果

                                                                                                                                          結果 (x=0)

                                                                                                                                          146

                                                                                                                                          セットアップと計算結果

                                                                                                                                          結果 (y=0)

                                                                                                                                          147

                                                                                                                                          • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                          • 内容
                                                                                                                                          • 内容 (2)
                                                                                                                                          • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                          • 先行研究の概観
                                                                                                                                          • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                          • 本研究の目的
                                                                                                                                          • 内容 (3)
                                                                                                                                          • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                          • 内容 (4)
                                                                                                                                          • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                          • Slide 16
                                                                                                                                          • 光球付近における減速
                                                                                                                                          • パラメータ研究
                                                                                                                                          • 内容 (5)
                                                                                                                                          • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                          • Slide 21
                                                                                                                                          • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                          • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                          • 内容 (6)
                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                          • 内容 (7)
                                                                                                                                          • まとめ
                                                                                                                                          • 今後の課題
                                                                                                                                          • Fin
                                                                                                                                          • 1 Introduction
                                                                                                                                          • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                          • 3 3D Calculation
                                                                                                                                          • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                          • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                          • What to Study in HAO
                                                                                                                                          • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                          • Parameter Study
                                                                                                                                          • Parameter Study (2)
                                                                                                                                          • Parameter Study (3)
                                                                                                                                          • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                          • Parameter Study (4)
                                                                                                                                          • Parameter Survey
                                                                                                                                          • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                          • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                          • Parameter Study (5)
                                                                                                                                          • Parameter Study (6)
                                                                                                                                          • Parameter Study typical case
                                                                                                                                          • Slide 59
                                                                                                                                          • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                          • Slide 61
                                                                                                                                          • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                          • Slide 63
                                                                                                                                          • Parameter Study (7)
                                                                                                                                          • Parameter Study q weak
                                                                                                                                          • Slide 66
                                                                                                                                          • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                          • Setup
                                                                                                                                          • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                          • Appendix
                                                                                                                                          • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                          • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                          • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                          • Slide 74
                                                                                                                                          • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                          • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                          • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                          • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                          • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                          • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                          • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                          • Summary of 3D Work
                                                                                                                                          • Observation
                                                                                                                                          • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                          • Results
                                                                                                                                          • Results (2)
                                                                                                                                          • Results (3)
                                                                                                                                          • Results (4)
                                                                                                                                          • Results (5)
                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                          • Observation (2)
                                                                                                                                          • イントロダクション
                                                                                                                                          • 数値モデル
                                                                                                                                          • 議論とまとめ
                                                                                                                                          • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                          • 太陽と磁場
                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                          • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                          • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                          • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                          • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                          • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                          • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                          • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                          • 数値モデル (2)
                                                                                                                                          • 数値モデル (22)
                                                                                                                                          • 数値モデル (23)
                                                                                                                                          • 数値モデル (24)
                                                                                                                                          • 数値モデル (14)
                                                                                                                                          • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                          • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                          • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                          • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                          • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                          • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                          • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                          • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                          • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                          • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                          • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                          • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                          • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                          • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                          • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                          • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                          • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                          • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                          • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                          • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                          • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                          • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                          • Setup and Results
                                                                                                                                          • セットアップと計算結果
                                                                                                                                          • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                            Appendix

                                                                                                                                            70

                                                                                                                                            Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                                            71

                                                                                                                                            North Pole

                                                                                                                                            Equator

                                                                                                                                            Convection Zone

                                                                                                                                            Radiative Zone

                                                                                                                                            Core

                                                                                                                                            Zwaan (1985)

                                                                                                                                            Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                                            Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                                                                            (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                                                                            72

                                                                                                                                            North Pole

                                                                                                                                            Equator

                                                                                                                                            Convection Zone

                                                                                                                                            Radiative Zone

                                                                                                                                            Core

                                                                                                                                            2-1 2D calculations

                                                                                                                                            73

                                                                                                                                            Apex of the Emerging Loop

                                                                                                                                            Height Zapex

                                                                                                                                            Rise Velocity VZapex

                                                                                                                                            Surfacerarr

                                                                                                                                            74

                                                                                                                                            -20000 kmrarr

                                                                                                                                            Axial Calculation Results

                                                                                                                                            Magneticflux

                                                                                                                                            Accumulateddensity

                                                                                                                                            Magneticflux

                                                                                                                                            Accumulateddensity

                                                                                                                                            Accumulateddensity

                                                                                                                                            Magneticflux

                                                                                                                                            Deceleration near the Surface

                                                                                                                                            Accumulated density

                                                                                                                                            75

                                                                                                                                            0 t

                                                                                                                                            2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                                                            76

                                                                                                                                            2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                                                            77

                                                                                                                                            2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                                                            78

                                                                                                                                            Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                                                            79

                                                                                                                                            Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                            80

                                                                                                                                            Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                                                            81

                                                                                                                                            Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                            Logarithmic density

                                                                                                                                            Summary of 3D Work

                                                                                                                                            Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                                                            Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                                                            82

                                                                                                                                            Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                                                            decelerates and

                                                                                                                                            expands horizontally

                                                                                                                                            Otsuji et al (2010)83

                                                                                                                                            Observation

                                                                                                                                            Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                                            84

                                                                                                                                            Results

                                                                                                                                            Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                                            85

                                                                                                                                            q large

                                                                                                                                            q small

                                                                                                                                            Results

                                                                                                                                            Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                                            86

                                                                                                                                            Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                                            Results

                                                                                                                                            Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                                            87

                                                                                                                                            Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                                            Results

                                                                                                                                            Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                            q large obeys the initial

                                                                                                                                            q2 law because the tube

                                                                                                                                            keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                                            because it takes more time

                                                                                                                                            to emerge to the corona

                                                                                                                                            and Emag is stored in the

                                                                                                                                            photospheric tongue 88

                                                                                                                                            dVB

                                                                                                                                            Ez

                                                                                                                                            0

                                                                                                                                            2

                                                                                                                                            mag 8

                                                                                                                                            Results

                                                                                                                                            Cross-section when

                                                                                                                                            the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                            89

                                                                                                                                            Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                            Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                            90

                                                                                                                                            Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                            Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                                            91

                                                                                                                                            Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                            Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                            92

                                                                                                                                            Observation

                                                                                                                                            Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                            decelerates and

                                                                                                                                            expands horizontally

                                                                                                                                            Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                            イントロダクション

                                                                                                                                            ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                            考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                            (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                            94

                                                                                                                                            数値モデル

                                                                                                                                            初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                            ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                            磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                            磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                              と表すこのとき force balance

                                                                                                                                             が保たれるよう

                                                                                                                                             とする

                                                                                                                                            rqrBrB x

                                                                                                                                            2

                                                                                                                                            tube

                                                                                                                                            2

                                                                                                                                            tube expR

                                                                                                                                            rBrBx

                                                                                                                                            r

                                                                                                                                            BBB

                                                                                                                                            dr

                                                                                                                                            d

                                                                                                                                            dr

                                                                                                                                            dp x

                                                                                                                                            48

                                                                                                                                            222

                                                                                                                                            exc

                                                                                                                                            222

                                                                                                                                            tube2exc 1

                                                                                                                                            28

                                                                                                                                            1xBr

                                                                                                                                            Rqp

                                                                                                                                            rpzpzyp excsi

                                                                                                                                            B

                                                                                                                                            x

                                                                                                                                            r

                                                                                                                                            B

                                                                                                                                            BX

                                                                                                                                            2πr

                                                                                                                                            95

                                                                                                                                            議論とまとめ

                                                                                                                                            結果の比較

                                                                                                                                            物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                            初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                            総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                            初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                            磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                            初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                            1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                            減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                            96

                                                                                                                                            断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                            議論とまとめ

                                                                                                                                            3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                            軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                            総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                            考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                            倍 )

                                                                                                                                            将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                            97

                                                                                                                                            1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                            太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                            太陽と磁場

                                                                                                                                            Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                            98

                                                                                                                                            活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                            活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                            磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                            太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                            Zwaan (1985)

                                                                                                                                            Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                            99

                                                                                                                                            磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                            磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                            る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                            Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                            内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                            外圧 Pe

                                                                                                                                            ggf ieb )(

                                                                                                                                            100

                                                                                                                                            活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                            AR 10926

                                                                                                                                            101

                                                                                                                                            磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                            磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                            102

                                                                                                                                            対流層内部における近似計算

                                                                                                                                            ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                            た 細管近似

                                                                                                                                            対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                            物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                            Caligari et al (1995)

                                                                                                                                            103

                                                                                                                                            対流層内部における近似計算

                                                                                                                                            非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                            大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                            中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                            Fan (2001a)104

                                                                                                                                            対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                            しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                            細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                            したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                            105

                                                                                                                                            浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                            光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                            的にコロナへ浮上

                                                                                                                                            対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                            Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                            光球付近での減速機構

                                                                                                                                            光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                            Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                            Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                            Magara (2001)

                                                                                                                                            107

                                                                                                                                            本研究の目的 (12)

                                                                                                                                            上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                            しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                            対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                            しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                            したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                            108

                                                                                                                                            本研究の目的 (22)

                                                                                                                                            そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                            対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                            典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                            典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                            本研究の目的

                                                                                                                                            減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                            2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                            典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                            典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                            数値モデル

                                                                                                                                            初期条件

                                                                                                                                            xH-400 0 400

                                                                                                                                            zH

                                                                                                                                            200

                                                                                                                                            100

                                                                                                                                            -200

                                                                                                                                            -100

                                                                                                                                            NX timesNZ

                                                                                                                                            =1536times1920

                                                                                                                                            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                            磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                            磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                            光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                            111

                                                                                                                                            LX = 16 万 km

                                                                                                                                            LZ = 8 万 km

                                                                                                                                            数値モデル (22)

                                                                                                                                            対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                            無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                            速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                            時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                            密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                            圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                            温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                            磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                            数値モデル (23)

                                                                                                                                            初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                            磁場BX

                                                                                                                                            密度ρ

                                                                                                                                            圧力 p

                                                                                                                                            温度 T

                                                                                                                                            対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                            113

                                                                                                                                            数値モデル (24)

                                                                                                                                            境界条件

                                                                                                                                            -400 0 400

                                                                                                                                            200

                                                                                                                                            100

                                                                                                                                            -200

                                                                                                                                            -100

                                                                                                                                            周期境界 対称境界

                                                                                                                                            減衰領域

                                                                                                                                            x H0

                                                                                                                                            z H0

                                                                                                                                            114

                                                                                                                                            数値モデル (14)

                                                                                                                                            初期条件

                                                                                                                                            x H0

                                                                                                                                            -400 0 400

                                                                                                                                            z H0

                                                                                                                                            200

                                                                                                                                            100

                                                                                                                                            -200

                                                                                                                                            -100

                                                                                                                                            NZ=1920

                                                                                                                                            NX=1536

                                                                                                                                            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                            width D

                                                                                                                                            z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                            115

                                                                                                                                            減速の物理 (34)

                                                                                                                                            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                            116

                                                                                                                                            減速の物理 (34)

                                                                                                                                            磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                            シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                            磁束シートの浮上

                                                                                                                                            磁束シートが平らになる

                                                                                                                                            減速

                                                                                                                                            117

                                                                                                                                            光球付近における減速

                                                                                                                                            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                            磁場

                                                                                                                                            密度差

                                                                                                                                            磁場

                                                                                                                                            密度差密度差

                                                                                                                                            磁場

                                                                                                                                            118

                                                                                                                                            5 パラメータ研究

                                                                                                                                            119

                                                                                                                                            パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                            磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                            総磁束量 Φ

                                                                                                                                            を変えた計算を行った

                                                                                                                                            総磁束量 Φ

                                                                                                                                            磁場強度 BX

                                                                                                                                            120

                                                                                                                                            パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                            2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                            点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                            121

                                                                                                                                            パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                            減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                            122

                                                                                                                                            パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                            2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                            123

                                                                                                                                            パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                            2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                            124

                                                                                                                                            パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                            times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                            125

                                                                                                                                            パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                            密度磁力線速度場126

                                                                                                                                            パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                            対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                            EmagEkin lt 1

                                                                                                                                            127

                                                                                                                                            パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                            times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                            軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                            減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                            129

                                                                                                                                            断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                            減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                            130

                                                                                                                                            Resistive Emergence Model

                                                                                                                                            Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                            observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                            2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                            3D simulations131

                                                                                                                                            Preceding Studies(13)

                                                                                                                                            Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                            force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                            that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                            132

                                                                                                                                            Preceding Studies(23)

                                                                                                                                            Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                            persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                            133

                                                                                                                                            Preceding Studies(33)

                                                                                                                                            Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                            gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                            Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                            zzz pF BJg

                                                                                                                                            134

                                                                                                                                            Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                            135

                                                                                                                                            Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                            Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                            magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                             rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                             rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                             rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                            Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                            136

                                                                                                                                            3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                            137

                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                            Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                            138

                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                            Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                            twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                            139

                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                            Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                            emerged

                                                                                                                                            q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                            q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                            140

                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                            Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                            141

                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                            Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                            Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                            142

                                                                                                                                            Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                            Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                            Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                            Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                            Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                            Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                            Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                            Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                            Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                            plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                            at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                            143

                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                            Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                            on the initial twist q

                                                                                                                                            q large direct emergence

                                                                                                                                              Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                              Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                            144

                                                                                                                                            dVB

                                                                                                                                            E corona

                                                                                                                                            2

                                                                                                                                            mag 8

                                                                                                                                            Setup and Results

                                                                                                                                            Conditions

                                                                                                                                            q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                            145

                                                                                                                                            Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                            Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                            Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                            Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                            Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                            Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                            Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                            Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                            セットアップと計算結果

                                                                                                                                            結果 (x=0)

                                                                                                                                            146

                                                                                                                                            セットアップと計算結果

                                                                                                                                            結果 (y=0)

                                                                                                                                            147

                                                                                                                                            • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                            • 内容
                                                                                                                                            • 内容 (2)
                                                                                                                                            • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                            • 先行研究の概観
                                                                                                                                            • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                            • 本研究の目的
                                                                                                                                            • 内容 (3)
                                                                                                                                            • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                            • 内容 (4)
                                                                                                                                            • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                            • Slide 16
                                                                                                                                            • 光球付近における減速
                                                                                                                                            • パラメータ研究
                                                                                                                                            • 内容 (5)
                                                                                                                                            • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                            • Slide 21
                                                                                                                                            • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                            • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                            • 内容 (6)
                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                            • 内容 (7)
                                                                                                                                            • まとめ
                                                                                                                                            • 今後の課題
                                                                                                                                            • Fin
                                                                                                                                            • 1 Introduction
                                                                                                                                            • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                            • 3 3D Calculation
                                                                                                                                            • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                            • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                            • What to Study in HAO
                                                                                                                                            • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                            • Parameter Study
                                                                                                                                            • Parameter Study (2)
                                                                                                                                            • Parameter Study (3)
                                                                                                                                            • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                            • Parameter Study (4)
                                                                                                                                            • Parameter Survey
                                                                                                                                            • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                            • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                            • Parameter Study (5)
                                                                                                                                            • Parameter Study (6)
                                                                                                                                            • Parameter Study typical case
                                                                                                                                            • Slide 59
                                                                                                                                            • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                            • Slide 61
                                                                                                                                            • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                            • Slide 63
                                                                                                                                            • Parameter Study (7)
                                                                                                                                            • Parameter Study q weak
                                                                                                                                            • Slide 66
                                                                                                                                            • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                            • Setup
                                                                                                                                            • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                            • Appendix
                                                                                                                                            • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                            • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                            • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                            • Slide 74
                                                                                                                                            • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                            • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                            • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                            • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                            • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                            • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                            • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                            • Summary of 3D Work
                                                                                                                                            • Observation
                                                                                                                                            • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                            • Results
                                                                                                                                            • Results (2)
                                                                                                                                            • Results (3)
                                                                                                                                            • Results (4)
                                                                                                                                            • Results (5)
                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                            • Observation (2)
                                                                                                                                            • イントロダクション
                                                                                                                                            • 数値モデル
                                                                                                                                            • 議論とまとめ
                                                                                                                                            • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                            • 太陽と磁場
                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                            • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                            • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                            • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                            • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                            • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                            • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                            • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                            • 数値モデル (2)
                                                                                                                                            • 数値モデル (22)
                                                                                                                                            • 数値モデル (23)
                                                                                                                                            • 数値モデル (24)
                                                                                                                                            • 数値モデル (14)
                                                                                                                                            • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                            • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                            • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                            • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                            • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                            • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                            • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                            • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                            • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                            • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                            • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                            • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                            • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                            • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                            • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                            • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                            • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                            • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                            • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                            • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                            • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                            • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                            • Setup and Results
                                                                                                                                            • セットアップと計算結果
                                                                                                                                            • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                              Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                                              71

                                                                                                                                              North Pole

                                                                                                                                              Equator

                                                                                                                                              Convection Zone

                                                                                                                                              Radiative Zone

                                                                                                                                              Core

                                                                                                                                              Zwaan (1985)

                                                                                                                                              Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                                              Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                                                                              (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                                                                              72

                                                                                                                                              North Pole

                                                                                                                                              Equator

                                                                                                                                              Convection Zone

                                                                                                                                              Radiative Zone

                                                                                                                                              Core

                                                                                                                                              2-1 2D calculations

                                                                                                                                              73

                                                                                                                                              Apex of the Emerging Loop

                                                                                                                                              Height Zapex

                                                                                                                                              Rise Velocity VZapex

                                                                                                                                              Surfacerarr

                                                                                                                                              74

                                                                                                                                              -20000 kmrarr

                                                                                                                                              Axial Calculation Results

                                                                                                                                              Magneticflux

                                                                                                                                              Accumulateddensity

                                                                                                                                              Magneticflux

                                                                                                                                              Accumulateddensity

                                                                                                                                              Accumulateddensity

                                                                                                                                              Magneticflux

                                                                                                                                              Deceleration near the Surface

                                                                                                                                              Accumulated density

                                                                                                                                              75

                                                                                                                                              0 t

                                                                                                                                              2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                                                              76

                                                                                                                                              2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                                                              77

                                                                                                                                              2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                                                              78

                                                                                                                                              Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                                                              79

                                                                                                                                              Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                              80

                                                                                                                                              Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                                                              81

                                                                                                                                              Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                              Logarithmic density

                                                                                                                                              Summary of 3D Work

                                                                                                                                              Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                                                              Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                                                              82

                                                                                                                                              Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                                                              decelerates and

                                                                                                                                              expands horizontally

                                                                                                                                              Otsuji et al (2010)83

                                                                                                                                              Observation

                                                                                                                                              Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                                              84

                                                                                                                                              Results

                                                                                                                                              Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                                              85

                                                                                                                                              q large

                                                                                                                                              q small

                                                                                                                                              Results

                                                                                                                                              Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                                              86

                                                                                                                                              Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                                              Results

                                                                                                                                              Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                                              87

                                                                                                                                              Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                                              Results

                                                                                                                                              Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                              q large obeys the initial

                                                                                                                                              q2 law because the tube

                                                                                                                                              keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                                              because it takes more time

                                                                                                                                              to emerge to the corona

                                                                                                                                              and Emag is stored in the

                                                                                                                                              photospheric tongue 88

                                                                                                                                              dVB

                                                                                                                                              Ez

                                                                                                                                              0

                                                                                                                                              2

                                                                                                                                              mag 8

                                                                                                                                              Results

                                                                                                                                              Cross-section when

                                                                                                                                              the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                              89

                                                                                                                                              Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                              Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                              90

                                                                                                                                              Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                              Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                                              91

                                                                                                                                              Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                              Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                              92

                                                                                                                                              Observation

                                                                                                                                              Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                              decelerates and

                                                                                                                                              expands horizontally

                                                                                                                                              Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                              イントロダクション

                                                                                                                                              ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                              考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                              (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                              94

                                                                                                                                              数値モデル

                                                                                                                                              初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                              ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                              磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                              磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                                と表すこのとき force balance

                                                                                                                                               が保たれるよう

                                                                                                                                               とする

                                                                                                                                              rqrBrB x

                                                                                                                                              2

                                                                                                                                              tube

                                                                                                                                              2

                                                                                                                                              tube expR

                                                                                                                                              rBrBx

                                                                                                                                              r

                                                                                                                                              BBB

                                                                                                                                              dr

                                                                                                                                              d

                                                                                                                                              dr

                                                                                                                                              dp x

                                                                                                                                              48

                                                                                                                                              222

                                                                                                                                              exc

                                                                                                                                              222

                                                                                                                                              tube2exc 1

                                                                                                                                              28

                                                                                                                                              1xBr

                                                                                                                                              Rqp

                                                                                                                                              rpzpzyp excsi

                                                                                                                                              B

                                                                                                                                              x

                                                                                                                                              r

                                                                                                                                              B

                                                                                                                                              BX

                                                                                                                                              2πr

                                                                                                                                              95

                                                                                                                                              議論とまとめ

                                                                                                                                              結果の比較

                                                                                                                                              物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                              初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                              総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                              初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                              磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                              初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                              1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                              減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                              96

                                                                                                                                              断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                              議論とまとめ

                                                                                                                                              3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                              軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                              総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                              考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                              倍 )

                                                                                                                                              将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                              97

                                                                                                                                              1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                              太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                              太陽と磁場

                                                                                                                                              Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                              98

                                                                                                                                              活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                              活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                              磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                              太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                              Zwaan (1985)

                                                                                                                                              Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                              99

                                                                                                                                              磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                              磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                              る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                              Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                              内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                              外圧 Pe

                                                                                                                                              ggf ieb )(

                                                                                                                                              100

                                                                                                                                              活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                              AR 10926

                                                                                                                                              101

                                                                                                                                              磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                              磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                              102

                                                                                                                                              対流層内部における近似計算

                                                                                                                                              ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                              た 細管近似

                                                                                                                                              対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                              物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                              Caligari et al (1995)

                                                                                                                                              103

                                                                                                                                              対流層内部における近似計算

                                                                                                                                              非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                              大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                              中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                              Fan (2001a)104

                                                                                                                                              対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                              しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                              細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                              したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                              105

                                                                                                                                              浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                              光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                              的にコロナへ浮上

                                                                                                                                              対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                              Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                              光球付近での減速機構

                                                                                                                                              光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                              Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                              Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                              Magara (2001)

                                                                                                                                              107

                                                                                                                                              本研究の目的 (12)

                                                                                                                                              上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                              しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                              対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                              しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                              したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                              108

                                                                                                                                              本研究の目的 (22)

                                                                                                                                              そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                              対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                              典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                              典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                              本研究の目的

                                                                                                                                              減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                              2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                              典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                              典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                              数値モデル

                                                                                                                                              初期条件

                                                                                                                                              xH-400 0 400

                                                                                                                                              zH

                                                                                                                                              200

                                                                                                                                              100

                                                                                                                                              -200

                                                                                                                                              -100

                                                                                                                                              NX timesNZ

                                                                                                                                              =1536times1920

                                                                                                                                              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                              磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                              磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                              光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                              111

                                                                                                                                              LX = 16 万 km

                                                                                                                                              LZ = 8 万 km

                                                                                                                                              数値モデル (22)

                                                                                                                                              対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                              無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                              速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                              時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                              密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                              圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                              温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                              磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                              数値モデル (23)

                                                                                                                                              初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                              磁場BX

                                                                                                                                              密度ρ

                                                                                                                                              圧力 p

                                                                                                                                              温度 T

                                                                                                                                              対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                              113

                                                                                                                                              数値モデル (24)

                                                                                                                                              境界条件

                                                                                                                                              -400 0 400

                                                                                                                                              200

                                                                                                                                              100

                                                                                                                                              -200

                                                                                                                                              -100

                                                                                                                                              周期境界 対称境界

                                                                                                                                              減衰領域

                                                                                                                                              x H0

                                                                                                                                              z H0

                                                                                                                                              114

                                                                                                                                              数値モデル (14)

                                                                                                                                              初期条件

                                                                                                                                              x H0

                                                                                                                                              -400 0 400

                                                                                                                                              z H0

                                                                                                                                              200

                                                                                                                                              100

                                                                                                                                              -200

                                                                                                                                              -100

                                                                                                                                              NZ=1920

                                                                                                                                              NX=1536

                                                                                                                                              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                              width D

                                                                                                                                              z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                              115

                                                                                                                                              減速の物理 (34)

                                                                                                                                              磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                              116

                                                                                                                                              減速の物理 (34)

                                                                                                                                              磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                              シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                              磁束シートの浮上

                                                                                                                                              磁束シートが平らになる

                                                                                                                                              減速

                                                                                                                                              117

                                                                                                                                              光球付近における減速

                                                                                                                                              磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                              磁場

                                                                                                                                              密度差

                                                                                                                                              磁場

                                                                                                                                              密度差密度差

                                                                                                                                              磁場

                                                                                                                                              118

                                                                                                                                              5 パラメータ研究

                                                                                                                                              119

                                                                                                                                              パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                              磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                              総磁束量 Φ

                                                                                                                                              を変えた計算を行った

                                                                                                                                              総磁束量 Φ

                                                                                                                                              磁場強度 BX

                                                                                                                                              120

                                                                                                                                              パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                              2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                              点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                              121

                                                                                                                                              パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                              減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                              122

                                                                                                                                              パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                              2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                              123

                                                                                                                                              パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                              2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                              124

                                                                                                                                              パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                              times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                              125

                                                                                                                                              パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                              密度磁力線速度場126

                                                                                                                                              パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                              対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                              EmagEkin lt 1

                                                                                                                                              127

                                                                                                                                              パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                              times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                              軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                              減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                              129

                                                                                                                                              断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                              減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                              130

                                                                                                                                              Resistive Emergence Model

                                                                                                                                              Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                              observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                              2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                              3D simulations131

                                                                                                                                              Preceding Studies(13)

                                                                                                                                              Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                              force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                              that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                              132

                                                                                                                                              Preceding Studies(23)

                                                                                                                                              Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                              persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                              133

                                                                                                                                              Preceding Studies(33)

                                                                                                                                              Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                              gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                              Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                              zzz pF BJg

                                                                                                                                              134

                                                                                                                                              Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                              135

                                                                                                                                              Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                              Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                              magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                               rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                               rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                               rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                              Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                              136

                                                                                                                                              3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                              137

                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                              Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                              138

                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                              Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                              twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                              139

                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                              Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                              emerged

                                                                                                                                              q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                              q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                              140

                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                              Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                              141

                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                              Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                              Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                              142

                                                                                                                                              Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                              Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                              Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                              Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                              Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                              Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                              Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                              Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                              Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                              plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                              at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                              143

                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                              Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                              on the initial twist q

                                                                                                                                              q large direct emergence

                                                                                                                                                Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                              144

                                                                                                                                              dVB

                                                                                                                                              E corona

                                                                                                                                              2

                                                                                                                                              mag 8

                                                                                                                                              Setup and Results

                                                                                                                                              Conditions

                                                                                                                                              q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                              145

                                                                                                                                              Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                              Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                              Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                              Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                              Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                              Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                              Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                              Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                              セットアップと計算結果

                                                                                                                                              結果 (x=0)

                                                                                                                                              146

                                                                                                                                              セットアップと計算結果

                                                                                                                                              結果 (y=0)

                                                                                                                                              147

                                                                                                                                              • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                              • 内容
                                                                                                                                              • 内容 (2)
                                                                                                                                              • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                              • 先行研究の概観
                                                                                                                                              • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                              • 本研究の目的
                                                                                                                                              • 内容 (3)
                                                                                                                                              • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                              • 内容 (4)
                                                                                                                                              • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                              • Slide 16
                                                                                                                                              • 光球付近における減速
                                                                                                                                              • パラメータ研究
                                                                                                                                              • 内容 (5)
                                                                                                                                              • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                              • Slide 21
                                                                                                                                              • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                              • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                              • 内容 (6)
                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                              • 内容 (7)
                                                                                                                                              • まとめ
                                                                                                                                              • 今後の課題
                                                                                                                                              • Fin
                                                                                                                                              • 1 Introduction
                                                                                                                                              • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                              • 3 3D Calculation
                                                                                                                                              • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                              • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                              • What to Study in HAO
                                                                                                                                              • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                              • Parameter Study
                                                                                                                                              • Parameter Study (2)
                                                                                                                                              • Parameter Study (3)
                                                                                                                                              • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                              • Parameter Study (4)
                                                                                                                                              • Parameter Survey
                                                                                                                                              • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                              • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                              • Parameter Study (5)
                                                                                                                                              • Parameter Study (6)
                                                                                                                                              • Parameter Study typical case
                                                                                                                                              • Slide 59
                                                                                                                                              • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                              • Slide 61
                                                                                                                                              • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                              • Slide 63
                                                                                                                                              • Parameter Study (7)
                                                                                                                                              • Parameter Study q weak
                                                                                                                                              • Slide 66
                                                                                                                                              • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                              • Setup
                                                                                                                                              • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                              • Appendix
                                                                                                                                              • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                              • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                              • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                              • Slide 74
                                                                                                                                              • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                              • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                              • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                              • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                              • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                              • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                              • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                              • Summary of 3D Work
                                                                                                                                              • Observation
                                                                                                                                              • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                              • Results
                                                                                                                                              • Results (2)
                                                                                                                                              • Results (3)
                                                                                                                                              • Results (4)
                                                                                                                                              • Results (5)
                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                              • Observation (2)
                                                                                                                                              • イントロダクション
                                                                                                                                              • 数値モデル
                                                                                                                                              • 議論とまとめ
                                                                                                                                              • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                              • 太陽と磁場
                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                              • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                              • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                              • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                              • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                              • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                              • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                              • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                              • 数値モデル (2)
                                                                                                                                              • 数値モデル (22)
                                                                                                                                              • 数値モデル (23)
                                                                                                                                              • 数値モデル (24)
                                                                                                                                              • 数値モデル (14)
                                                                                                                                              • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                              • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                              • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                              • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                              • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                              • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                              • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                              • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                              • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                              • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                              • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                              • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                              • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                              • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                              • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                              • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                              • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                              • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                              • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                              • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                              • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                              • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                              • Setup and Results
                                                                                                                                              • セットアップと計算結果
                                                                                                                                              • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                Active Regions and Emerging Flux

                                                                                                                                                Meanings of the study on EFR sole observable of the solar dynamo contribution to the AR studies

                                                                                                                                                (Coronal loops Jets and so on) flares CMEs and the space weather source of the magnetic fields in the QS

                                                                                                                                                72

                                                                                                                                                North Pole

                                                                                                                                                Equator

                                                                                                                                                Convection Zone

                                                                                                                                                Radiative Zone

                                                                                                                                                Core

                                                                                                                                                2-1 2D calculations

                                                                                                                                                73

                                                                                                                                                Apex of the Emerging Loop

                                                                                                                                                Height Zapex

                                                                                                                                                Rise Velocity VZapex

                                                                                                                                                Surfacerarr

                                                                                                                                                74

                                                                                                                                                -20000 kmrarr

                                                                                                                                                Axial Calculation Results

                                                                                                                                                Magneticflux

                                                                                                                                                Accumulateddensity

                                                                                                                                                Magneticflux

                                                                                                                                                Accumulateddensity

                                                                                                                                                Accumulateddensity

                                                                                                                                                Magneticflux

                                                                                                                                                Deceleration near the Surface

                                                                                                                                                Accumulated density

                                                                                                                                                75

                                                                                                                                                0 t

                                                                                                                                                2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                                                                76

                                                                                                                                                2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                                                                77

                                                                                                                                                2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                                                                78

                                                                                                                                                Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                                                                79

                                                                                                                                                Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                                80

                                                                                                                                                Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                                                                81

                                                                                                                                                Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                                Logarithmic density

                                                                                                                                                Summary of 3D Work

                                                                                                                                                Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                                                                Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                                                                82

                                                                                                                                                Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                                                                decelerates and

                                                                                                                                                expands horizontally

                                                                                                                                                Otsuji et al (2010)83

                                                                                                                                                Observation

                                                                                                                                                Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                                                84

                                                                                                                                                Results

                                                                                                                                                Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                                                85

                                                                                                                                                q large

                                                                                                                                                q small

                                                                                                                                                Results

                                                                                                                                                Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                                                86

                                                                                                                                                Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                                                Results

                                                                                                                                                Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                                                87

                                                                                                                                                Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                                                Results

                                                                                                                                                Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                q large obeys the initial

                                                                                                                                                q2 law because the tube

                                                                                                                                                keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                                                because it takes more time

                                                                                                                                                to emerge to the corona

                                                                                                                                                and Emag is stored in the

                                                                                                                                                photospheric tongue 88

                                                                                                                                                dVB

                                                                                                                                                Ez

                                                                                                                                                0

                                                                                                                                                2

                                                                                                                                                mag 8

                                                                                                                                                Results

                                                                                                                                                Cross-section when

                                                                                                                                                the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                89

                                                                                                                                                Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                90

                                                                                                                                                Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                                                91

                                                                                                                                                Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                92

                                                                                                                                                Observation

                                                                                                                                                Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                                decelerates and

                                                                                                                                                expands horizontally

                                                                                                                                                Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                                イントロダクション

                                                                                                                                                ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                                考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                                (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                                94

                                                                                                                                                数値モデル

                                                                                                                                                初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                                ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                                磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                                磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                                  と表すこのとき force balance

                                                                                                                                                 が保たれるよう

                                                                                                                                                 とする

                                                                                                                                                rqrBrB x

                                                                                                                                                2

                                                                                                                                                tube

                                                                                                                                                2

                                                                                                                                                tube expR

                                                                                                                                                rBrBx

                                                                                                                                                r

                                                                                                                                                BBB

                                                                                                                                                dr

                                                                                                                                                d

                                                                                                                                                dr

                                                                                                                                                dp x

                                                                                                                                                48

                                                                                                                                                222

                                                                                                                                                exc

                                                                                                                                                222

                                                                                                                                                tube2exc 1

                                                                                                                                                28

                                                                                                                                                1xBr

                                                                                                                                                Rqp

                                                                                                                                                rpzpzyp excsi

                                                                                                                                                B

                                                                                                                                                x

                                                                                                                                                r

                                                                                                                                                B

                                                                                                                                                BX

                                                                                                                                                2πr

                                                                                                                                                95

                                                                                                                                                議論とまとめ

                                                                                                                                                結果の比較

                                                                                                                                                物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                                初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                                総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                                初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                                磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                                初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                                1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                                減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                                96

                                                                                                                                                断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                                議論とまとめ

                                                                                                                                                3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                                軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                                総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                                考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                                倍 )

                                                                                                                                                将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                                97

                                                                                                                                                1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                                太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                                太陽と磁場

                                                                                                                                                Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                                98

                                                                                                                                                活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                                磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                                太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                                Zwaan (1985)

                                                                                                                                                Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                                99

                                                                                                                                                磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                外圧 Pe

                                                                                                                                                ggf ieb )(

                                                                                                                                                100

                                                                                                                                                活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                AR 10926

                                                                                                                                                101

                                                                                                                                                磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                102

                                                                                                                                                対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                た 細管近似

                                                                                                                                                対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                103

                                                                                                                                                対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                Fan (2001a)104

                                                                                                                                                対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                105

                                                                                                                                                浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                光球付近での減速機構

                                                                                                                                                光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                Magara (2001)

                                                                                                                                                107

                                                                                                                                                本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                108

                                                                                                                                                本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                本研究の目的

                                                                                                                                                減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                数値モデル

                                                                                                                                                初期条件

                                                                                                                                                xH-400 0 400

                                                                                                                                                zH

                                                                                                                                                200

                                                                                                                                                100

                                                                                                                                                -200

                                                                                                                                                -100

                                                                                                                                                NX timesNZ

                                                                                                                                                =1536times1920

                                                                                                                                                BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                111

                                                                                                                                                LX = 16 万 km

                                                                                                                                                LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                数値モデル (22)

                                                                                                                                                対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                数値モデル (23)

                                                                                                                                                初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                磁場BX

                                                                                                                                                密度ρ

                                                                                                                                                圧力 p

                                                                                                                                                温度 T

                                                                                                                                                対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                113

                                                                                                                                                数値モデル (24)

                                                                                                                                                境界条件

                                                                                                                                                -400 0 400

                                                                                                                                                200

                                                                                                                                                100

                                                                                                                                                -200

                                                                                                                                                -100

                                                                                                                                                周期境界 対称境界

                                                                                                                                                減衰領域

                                                                                                                                                x H0

                                                                                                                                                z H0

                                                                                                                                                114

                                                                                                                                                数値モデル (14)

                                                                                                                                                初期条件

                                                                                                                                                x H0

                                                                                                                                                -400 0 400

                                                                                                                                                z H0

                                                                                                                                                200

                                                                                                                                                100

                                                                                                                                                -200

                                                                                                                                                -100

                                                                                                                                                NZ=1920

                                                                                                                                                NX=1536

                                                                                                                                                BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                width D

                                                                                                                                                z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                115

                                                                                                                                                減速の物理 (34)

                                                                                                                                                磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                116

                                                                                                                                                減速の物理 (34)

                                                                                                                                                磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                磁束シートの浮上

                                                                                                                                                磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                減速

                                                                                                                                                117

                                                                                                                                                光球付近における減速

                                                                                                                                                磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                磁場

                                                                                                                                                密度差

                                                                                                                                                磁場

                                                                                                                                                密度差密度差

                                                                                                                                                磁場

                                                                                                                                                118

                                                                                                                                                5 パラメータ研究

                                                                                                                                                119

                                                                                                                                                パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                総磁束量 Φ

                                                                                                                                                を変えた計算を行った

                                                                                                                                                総磁束量 Φ

                                                                                                                                                磁場強度 BX

                                                                                                                                                120

                                                                                                                                                パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                121

                                                                                                                                                パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                122

                                                                                                                                                パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                123

                                                                                                                                                パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                124

                                                                                                                                                パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                125

                                                                                                                                                パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                127

                                                                                                                                                パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                129

                                                                                                                                                断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                130

                                                                                                                                                Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                3D simulations131

                                                                                                                                                Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                132

                                                                                                                                                Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                133

                                                                                                                                                Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                zzz pF BJg

                                                                                                                                                134

                                                                                                                                                Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                135

                                                                                                                                                Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                 rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                 rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                 rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                136

                                                                                                                                                3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                137

                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                138

                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                139

                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                emerged

                                                                                                                                                q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                140

                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                141

                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                142

                                                                                                                                                Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                143

                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                on the initial twist q

                                                                                                                                                q large direct emergence

                                                                                                                                                  Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                  Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                144

                                                                                                                                                dVB

                                                                                                                                                E corona

                                                                                                                                                2

                                                                                                                                                mag 8

                                                                                                                                                Setup and Results

                                                                                                                                                Conditions

                                                                                                                                                q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                145

                                                                                                                                                Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                セットアップと計算結果

                                                                                                                                                結果 (x=0)

                                                                                                                                                146

                                                                                                                                                セットアップと計算結果

                                                                                                                                                結果 (y=0)

                                                                                                                                                147

                                                                                                                                                • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                • 内容
                                                                                                                                                • 内容 (2)
                                                                                                                                                • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                • 先行研究の概観
                                                                                                                                                • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                • 本研究の目的
                                                                                                                                                • 内容 (3)
                                                                                                                                                • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                • 内容 (4)
                                                                                                                                                • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                • Slide 16
                                                                                                                                                • 光球付近における減速
                                                                                                                                                • パラメータ研究
                                                                                                                                                • 内容 (5)
                                                                                                                                                • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                • Slide 21
                                                                                                                                                • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                • 内容 (6)
                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                • 内容 (7)
                                                                                                                                                • まとめ
                                                                                                                                                • 今後の課題
                                                                                                                                                • Fin
                                                                                                                                                • 1 Introduction
                                                                                                                                                • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                • What to Study in HAO
                                                                                                                                                • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                • Parameter Study
                                                                                                                                                • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                • Parameter Survey
                                                                                                                                                • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                • Slide 59
                                                                                                                                                • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                • Slide 61
                                                                                                                                                • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                • Slide 63
                                                                                                                                                • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                • Slide 66
                                                                                                                                                • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                • Setup
                                                                                                                                                • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                • Appendix
                                                                                                                                                • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                • Slide 74
                                                                                                                                                • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                • Observation
                                                                                                                                                • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                • Results
                                                                                                                                                • Results (2)
                                                                                                                                                • Results (3)
                                                                                                                                                • Results (4)
                                                                                                                                                • Results (5)
                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                • Observation (2)
                                                                                                                                                • イントロダクション
                                                                                                                                                • 数値モデル
                                                                                                                                                • 議論とまとめ
                                                                                                                                                • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                • 太陽と磁場
                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                • Setup and Results
                                                                                                                                                • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                  2-1 2D calculations

                                                                                                                                                  73

                                                                                                                                                  Apex of the Emerging Loop

                                                                                                                                                  Height Zapex

                                                                                                                                                  Rise Velocity VZapex

                                                                                                                                                  Surfacerarr

                                                                                                                                                  74

                                                                                                                                                  -20000 kmrarr

                                                                                                                                                  Axial Calculation Results

                                                                                                                                                  Magneticflux

                                                                                                                                                  Accumulateddensity

                                                                                                                                                  Magneticflux

                                                                                                                                                  Accumulateddensity

                                                                                                                                                  Accumulateddensity

                                                                                                                                                  Magneticflux

                                                                                                                                                  Deceleration near the Surface

                                                                                                                                                  Accumulated density

                                                                                                                                                  75

                                                                                                                                                  0 t

                                                                                                                                                  2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                                                                  76

                                                                                                                                                  2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                                                                  77

                                                                                                                                                  2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                                                                  78

                                                                                                                                                  Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                                                                  79

                                                                                                                                                  Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                                  80

                                                                                                                                                  Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                                                                  81

                                                                                                                                                  Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                                  Logarithmic density

                                                                                                                                                  Summary of 3D Work

                                                                                                                                                  Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                                                                  Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                                                                  82

                                                                                                                                                  Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                                                                  decelerates and

                                                                                                                                                  expands horizontally

                                                                                                                                                  Otsuji et al (2010)83

                                                                                                                                                  Observation

                                                                                                                                                  Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                                                  84

                                                                                                                                                  Results

                                                                                                                                                  Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                                                  85

                                                                                                                                                  q large

                                                                                                                                                  q small

                                                                                                                                                  Results

                                                                                                                                                  Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                                                  86

                                                                                                                                                  Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                                                  Results

                                                                                                                                                  Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                                                  87

                                                                                                                                                  Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                                                  Results

                                                                                                                                                  Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                  q large obeys the initial

                                                                                                                                                  q2 law because the tube

                                                                                                                                                  keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                                                  because it takes more time

                                                                                                                                                  to emerge to the corona

                                                                                                                                                  and Emag is stored in the

                                                                                                                                                  photospheric tongue 88

                                                                                                                                                  dVB

                                                                                                                                                  Ez

                                                                                                                                                  0

                                                                                                                                                  2

                                                                                                                                                  mag 8

                                                                                                                                                  Results

                                                                                                                                                  Cross-section when

                                                                                                                                                  the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                  89

                                                                                                                                                  Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                  Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                  90

                                                                                                                                                  Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                  Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                                                  91

                                                                                                                                                  Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                  Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                  92

                                                                                                                                                  Observation

                                                                                                                                                  Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                                  decelerates and

                                                                                                                                                  expands horizontally

                                                                                                                                                  Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                                  イントロダクション

                                                                                                                                                  ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                                  考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                                  (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                                  94

                                                                                                                                                  数値モデル

                                                                                                                                                  初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                                  ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                                  磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                                  磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                                    と表すこのとき force balance

                                                                                                                                                   が保たれるよう

                                                                                                                                                   とする

                                                                                                                                                  rqrBrB x

                                                                                                                                                  2

                                                                                                                                                  tube

                                                                                                                                                  2

                                                                                                                                                  tube expR

                                                                                                                                                  rBrBx

                                                                                                                                                  r

                                                                                                                                                  BBB

                                                                                                                                                  dr

                                                                                                                                                  d

                                                                                                                                                  dr

                                                                                                                                                  dp x

                                                                                                                                                  48

                                                                                                                                                  222

                                                                                                                                                  exc

                                                                                                                                                  222

                                                                                                                                                  tube2exc 1

                                                                                                                                                  28

                                                                                                                                                  1xBr

                                                                                                                                                  Rqp

                                                                                                                                                  rpzpzyp excsi

                                                                                                                                                  B

                                                                                                                                                  x

                                                                                                                                                  r

                                                                                                                                                  B

                                                                                                                                                  BX

                                                                                                                                                  2πr

                                                                                                                                                  95

                                                                                                                                                  議論とまとめ

                                                                                                                                                  結果の比較

                                                                                                                                                  物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                                  初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                                  総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                                  初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                                  磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                                  初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                                  1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                                  減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                                  96

                                                                                                                                                  断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                                  議論とまとめ

                                                                                                                                                  3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                                  軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                                  総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                                  考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                                  倍 )

                                                                                                                                                  将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                                  97

                                                                                                                                                  1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                                  太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                                  太陽と磁場

                                                                                                                                                  Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                                  98

                                                                                                                                                  活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                  活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                                  磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                                  太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                                  Zwaan (1985)

                                                                                                                                                  Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                                  99

                                                                                                                                                  磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                  磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                  る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                  Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                  内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                  外圧 Pe

                                                                                                                                                  ggf ieb )(

                                                                                                                                                  100

                                                                                                                                                  活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                  AR 10926

                                                                                                                                                  101

                                                                                                                                                  磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                  磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                  102

                                                                                                                                                  対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                  ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                  た 細管近似

                                                                                                                                                  対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                  物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                  Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                  103

                                                                                                                                                  対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                  非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                  大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                  中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                  Fan (2001a)104

                                                                                                                                                  対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                  しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                  細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                  したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                  105

                                                                                                                                                  浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                  光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                  的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                  対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                  Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                  光球付近での減速機構

                                                                                                                                                  光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                  Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                  Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                  Magara (2001)

                                                                                                                                                  107

                                                                                                                                                  本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                  上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                  しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                  対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                  しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                  したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                  108

                                                                                                                                                  本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                  そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                  対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                  典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                  典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                  本研究の目的

                                                                                                                                                  減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                  2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                  典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                  典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                  数値モデル

                                                                                                                                                  初期条件

                                                                                                                                                  xH-400 0 400

                                                                                                                                                  zH

                                                                                                                                                  200

                                                                                                                                                  100

                                                                                                                                                  -200

                                                                                                                                                  -100

                                                                                                                                                  NX timesNZ

                                                                                                                                                  =1536times1920

                                                                                                                                                  BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                  磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                  磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                  光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                  111

                                                                                                                                                  LX = 16 万 km

                                                                                                                                                  LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                  数値モデル (22)

                                                                                                                                                  対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                  無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                  速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                  時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                  密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                  圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                  温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                  磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                  数値モデル (23)

                                                                                                                                                  初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                  磁場BX

                                                                                                                                                  密度ρ

                                                                                                                                                  圧力 p

                                                                                                                                                  温度 T

                                                                                                                                                  対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                  113

                                                                                                                                                  数値モデル (24)

                                                                                                                                                  境界条件

                                                                                                                                                  -400 0 400

                                                                                                                                                  200

                                                                                                                                                  100

                                                                                                                                                  -200

                                                                                                                                                  -100

                                                                                                                                                  周期境界 対称境界

                                                                                                                                                  減衰領域

                                                                                                                                                  x H0

                                                                                                                                                  z H0

                                                                                                                                                  114

                                                                                                                                                  数値モデル (14)

                                                                                                                                                  初期条件

                                                                                                                                                  x H0

                                                                                                                                                  -400 0 400

                                                                                                                                                  z H0

                                                                                                                                                  200

                                                                                                                                                  100

                                                                                                                                                  -200

                                                                                                                                                  -100

                                                                                                                                                  NZ=1920

                                                                                                                                                  NX=1536

                                                                                                                                                  BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                  width D

                                                                                                                                                  z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                  115

                                                                                                                                                  減速の物理 (34)

                                                                                                                                                  磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                  116

                                                                                                                                                  減速の物理 (34)

                                                                                                                                                  磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                  シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                  磁束シートの浮上

                                                                                                                                                  磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                  減速

                                                                                                                                                  117

                                                                                                                                                  光球付近における減速

                                                                                                                                                  磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                  磁場

                                                                                                                                                  密度差

                                                                                                                                                  磁場

                                                                                                                                                  密度差密度差

                                                                                                                                                  磁場

                                                                                                                                                  118

                                                                                                                                                  5 パラメータ研究

                                                                                                                                                  119

                                                                                                                                                  パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                  磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                  総磁束量 Φ

                                                                                                                                                  を変えた計算を行った

                                                                                                                                                  総磁束量 Φ

                                                                                                                                                  磁場強度 BX

                                                                                                                                                  120

                                                                                                                                                  パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                  2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                  点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                  121

                                                                                                                                                  パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                  減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                  122

                                                                                                                                                  パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                  2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                  123

                                                                                                                                                  パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                  2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                  124

                                                                                                                                                  パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                  times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                  125

                                                                                                                                                  パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                  密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                  パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                  対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                  EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                  127

                                                                                                                                                  パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                  times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                  軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                  減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                  129

                                                                                                                                                  断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                  減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                  130

                                                                                                                                                  Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                  Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                  observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                  2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                  3D simulations131

                                                                                                                                                  Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                  Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                  force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                  that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                  132

                                                                                                                                                  Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                  Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                  persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                  133

                                                                                                                                                  Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                  Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                  gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                  Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                  zzz pF BJg

                                                                                                                                                  134

                                                                                                                                                  Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                  135

                                                                                                                                                  Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                  Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                  magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                   rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                   rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                   rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                  Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                  136

                                                                                                                                                  3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                  137

                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                  Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                  138

                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                  twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                  139

                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                  emerged

                                                                                                                                                  q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                  q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                  140

                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                  Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                  141

                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                  Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                  Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                  142

                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                  Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                  Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                  Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                  Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                  Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                  Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                  Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                  plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                  at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                  143

                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                  on the initial twist q

                                                                                                                                                  q large direct emergence

                                                                                                                                                    Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                    Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                  144

                                                                                                                                                  dVB

                                                                                                                                                  E corona

                                                                                                                                                  2

                                                                                                                                                  mag 8

                                                                                                                                                  Setup and Results

                                                                                                                                                  Conditions

                                                                                                                                                  q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                  145

                                                                                                                                                  Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                  Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                  Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                  Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                  Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                  Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                  Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                  Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                  セットアップと計算結果

                                                                                                                                                  結果 (x=0)

                                                                                                                                                  146

                                                                                                                                                  セットアップと計算結果

                                                                                                                                                  結果 (y=0)

                                                                                                                                                  147

                                                                                                                                                  • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                  • 内容
                                                                                                                                                  • 内容 (2)
                                                                                                                                                  • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                  • 先行研究の概観
                                                                                                                                                  • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                  • 本研究の目的
                                                                                                                                                  • 内容 (3)
                                                                                                                                                  • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                  • 内容 (4)
                                                                                                                                                  • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                  • Slide 16
                                                                                                                                                  • 光球付近における減速
                                                                                                                                                  • パラメータ研究
                                                                                                                                                  • 内容 (5)
                                                                                                                                                  • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                  • Slide 21
                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                  • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                  • 内容 (6)
                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                  • 内容 (7)
                                                                                                                                                  • まとめ
                                                                                                                                                  • 今後の課題
                                                                                                                                                  • Fin
                                                                                                                                                  • 1 Introduction
                                                                                                                                                  • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                  • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                  • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                  • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                  • What to Study in HAO
                                                                                                                                                  • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                  • Parameter Study
                                                                                                                                                  • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                  • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                  • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                  • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                  • Parameter Survey
                                                                                                                                                  • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                  • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                  • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                  • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                  • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                  • Slide 59
                                                                                                                                                  • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                  • Slide 61
                                                                                                                                                  • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                  • Slide 63
                                                                                                                                                  • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                  • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                  • Slide 66
                                                                                                                                                  • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                  • Setup
                                                                                                                                                  • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                  • Appendix
                                                                                                                                                  • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                  • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                  • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                  • Slide 74
                                                                                                                                                  • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                  • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                  • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                  • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                  • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                  • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                  • Observation
                                                                                                                                                  • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                  • Results
                                                                                                                                                  • Results (2)
                                                                                                                                                  • Results (3)
                                                                                                                                                  • Results (4)
                                                                                                                                                  • Results (5)
                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                  • Observation (2)
                                                                                                                                                  • イントロダクション
                                                                                                                                                  • 数値モデル
                                                                                                                                                  • 議論とまとめ
                                                                                                                                                  • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                  • 太陽と磁場
                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                  • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                  • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                  • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                  • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                  • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                  • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                  • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                  • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                  • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                  • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                  • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                  • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                  • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                  • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                  • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                  • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                  • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                  • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                  • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                  • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                  • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                  • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                  • Setup and Results
                                                                                                                                                  • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                  • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                    Apex of the Emerging Loop

                                                                                                                                                    Height Zapex

                                                                                                                                                    Rise Velocity VZapex

                                                                                                                                                    Surfacerarr

                                                                                                                                                    74

                                                                                                                                                    -20000 kmrarr

                                                                                                                                                    Axial Calculation Results

                                                                                                                                                    Magneticflux

                                                                                                                                                    Accumulateddensity

                                                                                                                                                    Magneticflux

                                                                                                                                                    Accumulateddensity

                                                                                                                                                    Accumulateddensity

                                                                                                                                                    Magneticflux

                                                                                                                                                    Deceleration near the Surface

                                                                                                                                                    Accumulated density

                                                                                                                                                    75

                                                                                                                                                    0 t

                                                                                                                                                    2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                                                                    76

                                                                                                                                                    2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                                                                    77

                                                                                                                                                    2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                                                                    78

                                                                                                                                                    Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                                                                    79

                                                                                                                                                    Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                                    80

                                                                                                                                                    Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                                                                    81

                                                                                                                                                    Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                                    Logarithmic density

                                                                                                                                                    Summary of 3D Work

                                                                                                                                                    Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                                                                    Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                                                                    82

                                                                                                                                                    Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                                                                    decelerates and

                                                                                                                                                    expands horizontally

                                                                                                                                                    Otsuji et al (2010)83

                                                                                                                                                    Observation

                                                                                                                                                    Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                                                    84

                                                                                                                                                    Results

                                                                                                                                                    Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                                                    85

                                                                                                                                                    q large

                                                                                                                                                    q small

                                                                                                                                                    Results

                                                                                                                                                    Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                                                    86

                                                                                                                                                    Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                                                    Results

                                                                                                                                                    Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                                                    87

                                                                                                                                                    Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                                                    Results

                                                                                                                                                    Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                    q large obeys the initial

                                                                                                                                                    q2 law because the tube

                                                                                                                                                    keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                                                    because it takes more time

                                                                                                                                                    to emerge to the corona

                                                                                                                                                    and Emag is stored in the

                                                                                                                                                    photospheric tongue 88

                                                                                                                                                    dVB

                                                                                                                                                    Ez

                                                                                                                                                    0

                                                                                                                                                    2

                                                                                                                                                    mag 8

                                                                                                                                                    Results

                                                                                                                                                    Cross-section when

                                                                                                                                                    the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                    89

                                                                                                                                                    Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                    Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                    90

                                                                                                                                                    Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                    Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                                                    91

                                                                                                                                                    Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                    Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                    92

                                                                                                                                                    Observation

                                                                                                                                                    Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                                    decelerates and

                                                                                                                                                    expands horizontally

                                                                                                                                                    Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                                    イントロダクション

                                                                                                                                                    ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                                    考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                                    (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                                    94

                                                                                                                                                    数値モデル

                                                                                                                                                    初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                                    ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                                    磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                                    磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                                      と表すこのとき force balance

                                                                                                                                                     が保たれるよう

                                                                                                                                                     とする

                                                                                                                                                    rqrBrB x

                                                                                                                                                    2

                                                                                                                                                    tube

                                                                                                                                                    2

                                                                                                                                                    tube expR

                                                                                                                                                    rBrBx

                                                                                                                                                    r

                                                                                                                                                    BBB

                                                                                                                                                    dr

                                                                                                                                                    d

                                                                                                                                                    dr

                                                                                                                                                    dp x

                                                                                                                                                    48

                                                                                                                                                    222

                                                                                                                                                    exc

                                                                                                                                                    222

                                                                                                                                                    tube2exc 1

                                                                                                                                                    28

                                                                                                                                                    1xBr

                                                                                                                                                    Rqp

                                                                                                                                                    rpzpzyp excsi

                                                                                                                                                    B

                                                                                                                                                    x

                                                                                                                                                    r

                                                                                                                                                    B

                                                                                                                                                    BX

                                                                                                                                                    2πr

                                                                                                                                                    95

                                                                                                                                                    議論とまとめ

                                                                                                                                                    結果の比較

                                                                                                                                                    物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                                    初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                                    総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                                    初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                                    磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                                    初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                                    1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                                    減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                                    96

                                                                                                                                                    断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                                    議論とまとめ

                                                                                                                                                    3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                                    軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                                    総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                                    考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                                    倍 )

                                                                                                                                                    将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                                    97

                                                                                                                                                    1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                                    太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                                    太陽と磁場

                                                                                                                                                    Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                                    98

                                                                                                                                                    活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                    活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                                    磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                                    太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                                    Zwaan (1985)

                                                                                                                                                    Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                                    99

                                                                                                                                                    磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                    磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                    る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                    Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                    内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                    外圧 Pe

                                                                                                                                                    ggf ieb )(

                                                                                                                                                    100

                                                                                                                                                    活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                    AR 10926

                                                                                                                                                    101

                                                                                                                                                    磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                    磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                    102

                                                                                                                                                    対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                    ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                    た 細管近似

                                                                                                                                                    対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                    物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                    Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                    103

                                                                                                                                                    対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                    非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                    大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                    中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                    Fan (2001a)104

                                                                                                                                                    対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                    しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                    細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                    したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                    105

                                                                                                                                                    浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                    光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                    的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                    対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                    Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                    光球付近での減速機構

                                                                                                                                                    光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                    Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                    Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                    Magara (2001)

                                                                                                                                                    107

                                                                                                                                                    本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                    上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                    しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                    対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                    しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                    したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                    108

                                                                                                                                                    本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                    そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                    対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                    典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                    典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                    本研究の目的

                                                                                                                                                    減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                    2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                    典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                    典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                    数値モデル

                                                                                                                                                    初期条件

                                                                                                                                                    xH-400 0 400

                                                                                                                                                    zH

                                                                                                                                                    200

                                                                                                                                                    100

                                                                                                                                                    -200

                                                                                                                                                    -100

                                                                                                                                                    NX timesNZ

                                                                                                                                                    =1536times1920

                                                                                                                                                    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                    磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                    磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                    光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                    111

                                                                                                                                                    LX = 16 万 km

                                                                                                                                                    LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                    数値モデル (22)

                                                                                                                                                    対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                    無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                    速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                    時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                    密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                    圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                    温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                    磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                    数値モデル (23)

                                                                                                                                                    初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                    磁場BX

                                                                                                                                                    密度ρ

                                                                                                                                                    圧力 p

                                                                                                                                                    温度 T

                                                                                                                                                    対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                    113

                                                                                                                                                    数値モデル (24)

                                                                                                                                                    境界条件

                                                                                                                                                    -400 0 400

                                                                                                                                                    200

                                                                                                                                                    100

                                                                                                                                                    -200

                                                                                                                                                    -100

                                                                                                                                                    周期境界 対称境界

                                                                                                                                                    減衰領域

                                                                                                                                                    x H0

                                                                                                                                                    z H0

                                                                                                                                                    114

                                                                                                                                                    数値モデル (14)

                                                                                                                                                    初期条件

                                                                                                                                                    x H0

                                                                                                                                                    -400 0 400

                                                                                                                                                    z H0

                                                                                                                                                    200

                                                                                                                                                    100

                                                                                                                                                    -200

                                                                                                                                                    -100

                                                                                                                                                    NZ=1920

                                                                                                                                                    NX=1536

                                                                                                                                                    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                    width D

                                                                                                                                                    z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                    115

                                                                                                                                                    減速の物理 (34)

                                                                                                                                                    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                    116

                                                                                                                                                    減速の物理 (34)

                                                                                                                                                    磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                    シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                    磁束シートの浮上

                                                                                                                                                    磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                    減速

                                                                                                                                                    117

                                                                                                                                                    光球付近における減速

                                                                                                                                                    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                    磁場

                                                                                                                                                    密度差

                                                                                                                                                    磁場

                                                                                                                                                    密度差密度差

                                                                                                                                                    磁場

                                                                                                                                                    118

                                                                                                                                                    5 パラメータ研究

                                                                                                                                                    119

                                                                                                                                                    パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                    磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                    総磁束量 Φ

                                                                                                                                                    を変えた計算を行った

                                                                                                                                                    総磁束量 Φ

                                                                                                                                                    磁場強度 BX

                                                                                                                                                    120

                                                                                                                                                    パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                    2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                    点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                    121

                                                                                                                                                    パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                    減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                    122

                                                                                                                                                    パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                    2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                    123

                                                                                                                                                    パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                    2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                    124

                                                                                                                                                    パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                    times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                    125

                                                                                                                                                    パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                    密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                    パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                    対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                    EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                    127

                                                                                                                                                    パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                    times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                    軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                    減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                    129

                                                                                                                                                    断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                    減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                    130

                                                                                                                                                    Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                    Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                    observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                    2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                    3D simulations131

                                                                                                                                                    Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                    Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                    force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                    that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                    132

                                                                                                                                                    Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                    Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                    persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                    133

                                                                                                                                                    Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                    Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                    gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                    Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                    zzz pF BJg

                                                                                                                                                    134

                                                                                                                                                    Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                    135

                                                                                                                                                    Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                    Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                    magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                     rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                     rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                     rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                    Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                    136

                                                                                                                                                    3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                    137

                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                    Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                    138

                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                    twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                    139

                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                    emerged

                                                                                                                                                    q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                    q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                    140

                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                    Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                    141

                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                    Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                    Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                    142

                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                    Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                    Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                    Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                    Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                    Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                    Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                    Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                    plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                    at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                    143

                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                    on the initial twist q

                                                                                                                                                    q large direct emergence

                                                                                                                                                      Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                      Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                    144

                                                                                                                                                    dVB

                                                                                                                                                    E corona

                                                                                                                                                    2

                                                                                                                                                    mag 8

                                                                                                                                                    Setup and Results

                                                                                                                                                    Conditions

                                                                                                                                                    q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                    145

                                                                                                                                                    Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                    Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                    Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                    Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                    Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                    Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                    Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                    Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                    セットアップと計算結果

                                                                                                                                                    結果 (x=0)

                                                                                                                                                    146

                                                                                                                                                    セットアップと計算結果

                                                                                                                                                    結果 (y=0)

                                                                                                                                                    147

                                                                                                                                                    • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                    • 内容
                                                                                                                                                    • 内容 (2)
                                                                                                                                                    • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                    • 先行研究の概観
                                                                                                                                                    • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                    • 本研究の目的
                                                                                                                                                    • 内容 (3)
                                                                                                                                                    • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                    • 内容 (4)
                                                                                                                                                    • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                    • Slide 16
                                                                                                                                                    • 光球付近における減速
                                                                                                                                                    • パラメータ研究
                                                                                                                                                    • 内容 (5)
                                                                                                                                                    • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                    • Slide 21
                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                    • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                    • 内容 (6)
                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                    • 内容 (7)
                                                                                                                                                    • まとめ
                                                                                                                                                    • 今後の課題
                                                                                                                                                    • Fin
                                                                                                                                                    • 1 Introduction
                                                                                                                                                    • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                    • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                    • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                    • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                    • What to Study in HAO
                                                                                                                                                    • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                    • Parameter Study
                                                                                                                                                    • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                    • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                    • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                    • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                    • Parameter Survey
                                                                                                                                                    • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                    • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                    • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                    • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                    • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                    • Slide 59
                                                                                                                                                    • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                    • Slide 61
                                                                                                                                                    • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                    • Slide 63
                                                                                                                                                    • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                    • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                    • Slide 66
                                                                                                                                                    • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                    • Setup
                                                                                                                                                    • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                    • Appendix
                                                                                                                                                    • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                    • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                    • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                    • Slide 74
                                                                                                                                                    • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                    • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                    • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                    • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                    • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                    • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                    • Observation
                                                                                                                                                    • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                    • Results
                                                                                                                                                    • Results (2)
                                                                                                                                                    • Results (3)
                                                                                                                                                    • Results (4)
                                                                                                                                                    • Results (5)
                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                    • Observation (2)
                                                                                                                                                    • イントロダクション
                                                                                                                                                    • 数値モデル
                                                                                                                                                    • 議論とまとめ
                                                                                                                                                    • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                    • 太陽と磁場
                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                    • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                    • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                    • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                    • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                    • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                    • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                    • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                    • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                    • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                    • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                    • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                    • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                    • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                    • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                    • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                    • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                    • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                    • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                    • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                    • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                    • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                    • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                    • Setup and Results
                                                                                                                                                    • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                    • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                      Magneticflux

                                                                                                                                                      Accumulateddensity

                                                                                                                                                      Magneticflux

                                                                                                                                                      Accumulateddensity

                                                                                                                                                      Accumulateddensity

                                                                                                                                                      Magneticflux

                                                                                                                                                      Deceleration near the Surface

                                                                                                                                                      Accumulated density

                                                                                                                                                      75

                                                                                                                                                      0 t

                                                                                                                                                      2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                                                                      76

                                                                                                                                                      2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                                                                      77

                                                                                                                                                      2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                                                                      78

                                                                                                                                                      Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                                                                      79

                                                                                                                                                      Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                                      80

                                                                                                                                                      Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                                                                      81

                                                                                                                                                      Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                                      Logarithmic density

                                                                                                                                                      Summary of 3D Work

                                                                                                                                                      Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                                                                      Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                                                                      82

                                                                                                                                                      Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                                                                      decelerates and

                                                                                                                                                      expands horizontally

                                                                                                                                                      Otsuji et al (2010)83

                                                                                                                                                      Observation

                                                                                                                                                      Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                                                      84

                                                                                                                                                      Results

                                                                                                                                                      Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                                                      85

                                                                                                                                                      q large

                                                                                                                                                      q small

                                                                                                                                                      Results

                                                                                                                                                      Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                                                      86

                                                                                                                                                      Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                                                      Results

                                                                                                                                                      Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                                                      87

                                                                                                                                                      Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                                                      Results

                                                                                                                                                      Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                      q large obeys the initial

                                                                                                                                                      q2 law because the tube

                                                                                                                                                      keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                                                      because it takes more time

                                                                                                                                                      to emerge to the corona

                                                                                                                                                      and Emag is stored in the

                                                                                                                                                      photospheric tongue 88

                                                                                                                                                      dVB

                                                                                                                                                      Ez

                                                                                                                                                      0

                                                                                                                                                      2

                                                                                                                                                      mag 8

                                                                                                                                                      Results

                                                                                                                                                      Cross-section when

                                                                                                                                                      the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                      89

                                                                                                                                                      Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                      Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                      90

                                                                                                                                                      Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                      Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                                                      91

                                                                                                                                                      Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                      Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                      92

                                                                                                                                                      Observation

                                                                                                                                                      Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                                      decelerates and

                                                                                                                                                      expands horizontally

                                                                                                                                                      Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                                      イントロダクション

                                                                                                                                                      ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                                      考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                                      (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                                      94

                                                                                                                                                      数値モデル

                                                                                                                                                      初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                                      ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                                      磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                                      磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                                        と表すこのとき force balance

                                                                                                                                                       が保たれるよう

                                                                                                                                                       とする

                                                                                                                                                      rqrBrB x

                                                                                                                                                      2

                                                                                                                                                      tube

                                                                                                                                                      2

                                                                                                                                                      tube expR

                                                                                                                                                      rBrBx

                                                                                                                                                      r

                                                                                                                                                      BBB

                                                                                                                                                      dr

                                                                                                                                                      d

                                                                                                                                                      dr

                                                                                                                                                      dp x

                                                                                                                                                      48

                                                                                                                                                      222

                                                                                                                                                      exc

                                                                                                                                                      222

                                                                                                                                                      tube2exc 1

                                                                                                                                                      28

                                                                                                                                                      1xBr

                                                                                                                                                      Rqp

                                                                                                                                                      rpzpzyp excsi

                                                                                                                                                      B

                                                                                                                                                      x

                                                                                                                                                      r

                                                                                                                                                      B

                                                                                                                                                      BX

                                                                                                                                                      2πr

                                                                                                                                                      95

                                                                                                                                                      議論とまとめ

                                                                                                                                                      結果の比較

                                                                                                                                                      物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                                      初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                                      総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                                      初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                                      磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                                      初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                                      1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                                      減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                                      96

                                                                                                                                                      断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                                      議論とまとめ

                                                                                                                                                      3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                                      軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                                      総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                                      考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                                      倍 )

                                                                                                                                                      将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                                      97

                                                                                                                                                      1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                                      太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                                      太陽と磁場

                                                                                                                                                      Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                                      98

                                                                                                                                                      活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                      活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                                      磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                                      太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                                      Zwaan (1985)

                                                                                                                                                      Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                                      99

                                                                                                                                                      磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                      磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                      る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                      Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                      内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                      外圧 Pe

                                                                                                                                                      ggf ieb )(

                                                                                                                                                      100

                                                                                                                                                      活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                      AR 10926

                                                                                                                                                      101

                                                                                                                                                      磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                      磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                      102

                                                                                                                                                      対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                      ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                      た 細管近似

                                                                                                                                                      対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                      物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                      Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                      103

                                                                                                                                                      対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                      非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                      大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                      中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                      Fan (2001a)104

                                                                                                                                                      対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                      しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                      細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                      したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                      105

                                                                                                                                                      浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                      光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                      的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                      対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                      Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                      光球付近での減速機構

                                                                                                                                                      光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                      Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                      Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                      Magara (2001)

                                                                                                                                                      107

                                                                                                                                                      本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                      上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                      しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                      対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                      しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                      したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                      108

                                                                                                                                                      本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                      そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                      対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                      典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                      典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                      本研究の目的

                                                                                                                                                      減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                      2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                      典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                      典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                      数値モデル

                                                                                                                                                      初期条件

                                                                                                                                                      xH-400 0 400

                                                                                                                                                      zH

                                                                                                                                                      200

                                                                                                                                                      100

                                                                                                                                                      -200

                                                                                                                                                      -100

                                                                                                                                                      NX timesNZ

                                                                                                                                                      =1536times1920

                                                                                                                                                      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                      磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                      磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                      光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                      111

                                                                                                                                                      LX = 16 万 km

                                                                                                                                                      LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                      数値モデル (22)

                                                                                                                                                      対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                      無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                      速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                      時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                      密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                      圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                      温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                      磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                      数値モデル (23)

                                                                                                                                                      初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                      磁場BX

                                                                                                                                                      密度ρ

                                                                                                                                                      圧力 p

                                                                                                                                                      温度 T

                                                                                                                                                      対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                      113

                                                                                                                                                      数値モデル (24)

                                                                                                                                                      境界条件

                                                                                                                                                      -400 0 400

                                                                                                                                                      200

                                                                                                                                                      100

                                                                                                                                                      -200

                                                                                                                                                      -100

                                                                                                                                                      周期境界 対称境界

                                                                                                                                                      減衰領域

                                                                                                                                                      x H0

                                                                                                                                                      z H0

                                                                                                                                                      114

                                                                                                                                                      数値モデル (14)

                                                                                                                                                      初期条件

                                                                                                                                                      x H0

                                                                                                                                                      -400 0 400

                                                                                                                                                      z H0

                                                                                                                                                      200

                                                                                                                                                      100

                                                                                                                                                      -200

                                                                                                                                                      -100

                                                                                                                                                      NZ=1920

                                                                                                                                                      NX=1536

                                                                                                                                                      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                      width D

                                                                                                                                                      z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                      115

                                                                                                                                                      減速の物理 (34)

                                                                                                                                                      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                      116

                                                                                                                                                      減速の物理 (34)

                                                                                                                                                      磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                      シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                      磁束シートの浮上

                                                                                                                                                      磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                      減速

                                                                                                                                                      117

                                                                                                                                                      光球付近における減速

                                                                                                                                                      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                      磁場

                                                                                                                                                      密度差

                                                                                                                                                      磁場

                                                                                                                                                      密度差密度差

                                                                                                                                                      磁場

                                                                                                                                                      118

                                                                                                                                                      5 パラメータ研究

                                                                                                                                                      119

                                                                                                                                                      パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                      磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                      総磁束量 Φ

                                                                                                                                                      を変えた計算を行った

                                                                                                                                                      総磁束量 Φ

                                                                                                                                                      磁場強度 BX

                                                                                                                                                      120

                                                                                                                                                      パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                      2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                      点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                      121

                                                                                                                                                      パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                      減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                      122

                                                                                                                                                      パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                      2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                      123

                                                                                                                                                      パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                      2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                      124

                                                                                                                                                      パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                      times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                      125

                                                                                                                                                      パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                      密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                      パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                      対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                      EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                      127

                                                                                                                                                      パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                      times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                      軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                      減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                      129

                                                                                                                                                      断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                      減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                      130

                                                                                                                                                      Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                      Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                      observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                      2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                      3D simulations131

                                                                                                                                                      Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                      Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                      force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                      that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                      132

                                                                                                                                                      Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                      Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                      persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                      133

                                                                                                                                                      Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                      Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                      gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                      Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                      zzz pF BJg

                                                                                                                                                      134

                                                                                                                                                      Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                      135

                                                                                                                                                      Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                      Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                      magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                       rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                       rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                       rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                      Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                      136

                                                                                                                                                      3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                      137

                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                      Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                      138

                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                      twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                      139

                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                      emerged

                                                                                                                                                      q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                      q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                      140

                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                      Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                      141

                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                      Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                      Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                      142

                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                      Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                      Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                      Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                      Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                      Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                      Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                      Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                      plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                      at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                      143

                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                      on the initial twist q

                                                                                                                                                      q large direct emergence

                                                                                                                                                        Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                        Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                      144

                                                                                                                                                      dVB

                                                                                                                                                      E corona

                                                                                                                                                      2

                                                                                                                                                      mag 8

                                                                                                                                                      Setup and Results

                                                                                                                                                      Conditions

                                                                                                                                                      q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                      145

                                                                                                                                                      Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                      Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                      Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                      Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                      Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                      Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                      Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                      Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                      セットアップと計算結果

                                                                                                                                                      結果 (x=0)

                                                                                                                                                      146

                                                                                                                                                      セットアップと計算結果

                                                                                                                                                      結果 (y=0)

                                                                                                                                                      147

                                                                                                                                                      • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                      • 内容
                                                                                                                                                      • 内容 (2)
                                                                                                                                                      • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                      • 先行研究の概観
                                                                                                                                                      • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                      • 本研究の目的
                                                                                                                                                      • 内容 (3)
                                                                                                                                                      • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                      • 内容 (4)
                                                                                                                                                      • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                      • Slide 16
                                                                                                                                                      • 光球付近における減速
                                                                                                                                                      • パラメータ研究
                                                                                                                                                      • 内容 (5)
                                                                                                                                                      • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                      • Slide 21
                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                      • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                      • 内容 (6)
                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                      • 内容 (7)
                                                                                                                                                      • まとめ
                                                                                                                                                      • 今後の課題
                                                                                                                                                      • Fin
                                                                                                                                                      • 1 Introduction
                                                                                                                                                      • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                      • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                      • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                      • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                      • What to Study in HAO
                                                                                                                                                      • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                      • Parameter Study
                                                                                                                                                      • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                      • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                      • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                      • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                      • Parameter Survey
                                                                                                                                                      • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                      • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                      • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                      • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                      • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                      • Slide 59
                                                                                                                                                      • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                      • Slide 61
                                                                                                                                                      • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                      • Slide 63
                                                                                                                                                      • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                      • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                      • Slide 66
                                                                                                                                                      • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                      • Setup
                                                                                                                                                      • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                      • Appendix
                                                                                                                                                      • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                      • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                      • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                      • Slide 74
                                                                                                                                                      • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                      • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                      • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                      • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                      • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                      • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                      • Observation
                                                                                                                                                      • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                      • Results
                                                                                                                                                      • Results (2)
                                                                                                                                                      • Results (3)
                                                                                                                                                      • Results (4)
                                                                                                                                                      • Results (5)
                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                      • Observation (2)
                                                                                                                                                      • イントロダクション
                                                                                                                                                      • 数値モデル
                                                                                                                                                      • 議論とまとめ
                                                                                                                                                      • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                      • 太陽と磁場
                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                      • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                      • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                      • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                      • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                      • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                      • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                      • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                      • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                      • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                      • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                      • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                      • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                      • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                      • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                      • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                      • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                      • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                      • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                      • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                      • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                      • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                      • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                      • Setup and Results
                                                                                                                                                      • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                      • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                        2-2 Cross-sectional Calculation

                                                                                                                                                        76

                                                                                                                                                        2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                                                                        77

                                                                                                                                                        2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                                                                        78

                                                                                                                                                        Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                                                                        79

                                                                                                                                                        Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                                        80

                                                                                                                                                        Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                                                                        81

                                                                                                                                                        Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                                        Logarithmic density

                                                                                                                                                        Summary of 3D Work

                                                                                                                                                        Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                                                                        Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                                                                        82

                                                                                                                                                        Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                                                                        decelerates and

                                                                                                                                                        expands horizontally

                                                                                                                                                        Otsuji et al (2010)83

                                                                                                                                                        Observation

                                                                                                                                                        Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                                                        84

                                                                                                                                                        Results

                                                                                                                                                        Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                                                        85

                                                                                                                                                        q large

                                                                                                                                                        q small

                                                                                                                                                        Results

                                                                                                                                                        Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                                                        86

                                                                                                                                                        Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                                                        Results

                                                                                                                                                        Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                                                        87

                                                                                                                                                        Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                                                        Results

                                                                                                                                                        Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                        q large obeys the initial

                                                                                                                                                        q2 law because the tube

                                                                                                                                                        keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                                                        because it takes more time

                                                                                                                                                        to emerge to the corona

                                                                                                                                                        and Emag is stored in the

                                                                                                                                                        photospheric tongue 88

                                                                                                                                                        dVB

                                                                                                                                                        Ez

                                                                                                                                                        0

                                                                                                                                                        2

                                                                                                                                                        mag 8

                                                                                                                                                        Results

                                                                                                                                                        Cross-section when

                                                                                                                                                        the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                        89

                                                                                                                                                        Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                        Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                        90

                                                                                                                                                        Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                        Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                                                        91

                                                                                                                                                        Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                        Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                        92

                                                                                                                                                        Observation

                                                                                                                                                        Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                                        decelerates and

                                                                                                                                                        expands horizontally

                                                                                                                                                        Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                                        イントロダクション

                                                                                                                                                        ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                                        考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                                        (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                                        94

                                                                                                                                                        数値モデル

                                                                                                                                                        初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                                        ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                                        磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                                        磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                                          と表すこのとき force balance

                                                                                                                                                         が保たれるよう

                                                                                                                                                         とする

                                                                                                                                                        rqrBrB x

                                                                                                                                                        2

                                                                                                                                                        tube

                                                                                                                                                        2

                                                                                                                                                        tube expR

                                                                                                                                                        rBrBx

                                                                                                                                                        r

                                                                                                                                                        BBB

                                                                                                                                                        dr

                                                                                                                                                        d

                                                                                                                                                        dr

                                                                                                                                                        dp x

                                                                                                                                                        48

                                                                                                                                                        222

                                                                                                                                                        exc

                                                                                                                                                        222

                                                                                                                                                        tube2exc 1

                                                                                                                                                        28

                                                                                                                                                        1xBr

                                                                                                                                                        Rqp

                                                                                                                                                        rpzpzyp excsi

                                                                                                                                                        B

                                                                                                                                                        x

                                                                                                                                                        r

                                                                                                                                                        B

                                                                                                                                                        BX

                                                                                                                                                        2πr

                                                                                                                                                        95

                                                                                                                                                        議論とまとめ

                                                                                                                                                        結果の比較

                                                                                                                                                        物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                                        初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                                        総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                                        初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                                        磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                                        初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                                        1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                                        減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                                        96

                                                                                                                                                        断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                                        議論とまとめ

                                                                                                                                                        3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                                        軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                                        総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                                        考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                                        倍 )

                                                                                                                                                        将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                                        97

                                                                                                                                                        1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                                        太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                                        太陽と磁場

                                                                                                                                                        Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                                        98

                                                                                                                                                        活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                        活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                                        磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                                        太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                                        Zwaan (1985)

                                                                                                                                                        Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                                        99

                                                                                                                                                        磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                        磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                        る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                        Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                        内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                        外圧 Pe

                                                                                                                                                        ggf ieb )(

                                                                                                                                                        100

                                                                                                                                                        活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                        AR 10926

                                                                                                                                                        101

                                                                                                                                                        磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                        磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                        102

                                                                                                                                                        対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                        ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                        た 細管近似

                                                                                                                                                        対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                        物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                        Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                        103

                                                                                                                                                        対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                        非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                        大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                        中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                        Fan (2001a)104

                                                                                                                                                        対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                        しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                        細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                        したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                        105

                                                                                                                                                        浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                        光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                        的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                        対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                        Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                        光球付近での減速機構

                                                                                                                                                        光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                        Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                        Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                        Magara (2001)

                                                                                                                                                        107

                                                                                                                                                        本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                        上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                        しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                        対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                        しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                        したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                        108

                                                                                                                                                        本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                        そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                        対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                        典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                        典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                        本研究の目的

                                                                                                                                                        減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                        2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                        典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                        典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                        数値モデル

                                                                                                                                                        初期条件

                                                                                                                                                        xH-400 0 400

                                                                                                                                                        zH

                                                                                                                                                        200

                                                                                                                                                        100

                                                                                                                                                        -200

                                                                                                                                                        -100

                                                                                                                                                        NX timesNZ

                                                                                                                                                        =1536times1920

                                                                                                                                                        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                        磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                        磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                        光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                        111

                                                                                                                                                        LX = 16 万 km

                                                                                                                                                        LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                        数値モデル (22)

                                                                                                                                                        対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                        無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                        速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                        時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                        密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                        圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                        温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                        磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                        数値モデル (23)

                                                                                                                                                        初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                        磁場BX

                                                                                                                                                        密度ρ

                                                                                                                                                        圧力 p

                                                                                                                                                        温度 T

                                                                                                                                                        対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                        113

                                                                                                                                                        数値モデル (24)

                                                                                                                                                        境界条件

                                                                                                                                                        -400 0 400

                                                                                                                                                        200

                                                                                                                                                        100

                                                                                                                                                        -200

                                                                                                                                                        -100

                                                                                                                                                        周期境界 対称境界

                                                                                                                                                        減衰領域

                                                                                                                                                        x H0

                                                                                                                                                        z H0

                                                                                                                                                        114

                                                                                                                                                        数値モデル (14)

                                                                                                                                                        初期条件

                                                                                                                                                        x H0

                                                                                                                                                        -400 0 400

                                                                                                                                                        z H0

                                                                                                                                                        200

                                                                                                                                                        100

                                                                                                                                                        -200

                                                                                                                                                        -100

                                                                                                                                                        NZ=1920

                                                                                                                                                        NX=1536

                                                                                                                                                        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                        width D

                                                                                                                                                        z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                        115

                                                                                                                                                        減速の物理 (34)

                                                                                                                                                        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                        116

                                                                                                                                                        減速の物理 (34)

                                                                                                                                                        磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                        シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                        磁束シートの浮上

                                                                                                                                                        磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                        減速

                                                                                                                                                        117

                                                                                                                                                        光球付近における減速

                                                                                                                                                        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                        磁場

                                                                                                                                                        密度差

                                                                                                                                                        磁場

                                                                                                                                                        密度差密度差

                                                                                                                                                        磁場

                                                                                                                                                        118

                                                                                                                                                        5 パラメータ研究

                                                                                                                                                        119

                                                                                                                                                        パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                        磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                        総磁束量 Φ

                                                                                                                                                        を変えた計算を行った

                                                                                                                                                        総磁束量 Φ

                                                                                                                                                        磁場強度 BX

                                                                                                                                                        120

                                                                                                                                                        パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                        2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                        点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                        121

                                                                                                                                                        パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                        減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                        122

                                                                                                                                                        パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                        2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                        123

                                                                                                                                                        パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                        2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                        124

                                                                                                                                                        パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                        times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                        125

                                                                                                                                                        パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                        密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                        パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                        対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                        EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                        127

                                                                                                                                                        パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                        times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                        軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                        減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                        129

                                                                                                                                                        断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                        減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                        130

                                                                                                                                                        Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                        Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                        observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                        2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                        3D simulations131

                                                                                                                                                        Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                        Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                        force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                        that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                        132

                                                                                                                                                        Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                        Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                        persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                        133

                                                                                                                                                        Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                        Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                        gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                        Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                        zzz pF BJg

                                                                                                                                                        134

                                                                                                                                                        Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                        135

                                                                                                                                                        Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                        Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                        magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                         rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                         rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                         rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                        Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                        136

                                                                                                                                                        3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                        137

                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                        Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                        138

                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                        twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                        139

                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                        emerged

                                                                                                                                                        q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                        q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                        140

                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                        Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                        141

                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                        Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                        Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                        142

                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                        Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                        Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                        Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                        Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                        Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                        Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                        Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                        plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                        at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                        143

                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                        on the initial twist q

                                                                                                                                                        q large direct emergence

                                                                                                                                                          Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                          Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                        144

                                                                                                                                                        dVB

                                                                                                                                                        E corona

                                                                                                                                                        2

                                                                                                                                                        mag 8

                                                                                                                                                        Setup and Results

                                                                                                                                                        Conditions

                                                                                                                                                        q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                        145

                                                                                                                                                        Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                        Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                        Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                        Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                        Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                        Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                        Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                        Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                        セットアップと計算結果

                                                                                                                                                        結果 (x=0)

                                                                                                                                                        146

                                                                                                                                                        セットアップと計算結果

                                                                                                                                                        結果 (y=0)

                                                                                                                                                        147

                                                                                                                                                        • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                        • 内容
                                                                                                                                                        • 内容 (2)
                                                                                                                                                        • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                        • 先行研究の概観
                                                                                                                                                        • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                        • 本研究の目的
                                                                                                                                                        • 内容 (3)
                                                                                                                                                        • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                        • 内容 (4)
                                                                                                                                                        • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                        • Slide 16
                                                                                                                                                        • 光球付近における減速
                                                                                                                                                        • パラメータ研究
                                                                                                                                                        • 内容 (5)
                                                                                                                                                        • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                        • Slide 21
                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                        • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                        • 内容 (6)
                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                        • 内容 (7)
                                                                                                                                                        • まとめ
                                                                                                                                                        • 今後の課題
                                                                                                                                                        • Fin
                                                                                                                                                        • 1 Introduction
                                                                                                                                                        • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                        • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                        • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                        • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                        • What to Study in HAO
                                                                                                                                                        • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                        • Parameter Study
                                                                                                                                                        • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                        • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                        • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                        • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                        • Parameter Survey
                                                                                                                                                        • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                        • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                        • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                        • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                        • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                        • Slide 59
                                                                                                                                                        • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                        • Slide 61
                                                                                                                                                        • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                        • Slide 63
                                                                                                                                                        • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                        • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                        • Slide 66
                                                                                                                                                        • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                        • Setup
                                                                                                                                                        • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                        • Appendix
                                                                                                                                                        • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                        • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                        • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                        • Slide 74
                                                                                                                                                        • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                        • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                        • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                        • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                        • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                        • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                        • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                        • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                        • Observation
                                                                                                                                                        • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                        • Results
                                                                                                                                                        • Results (2)
                                                                                                                                                        • Results (3)
                                                                                                                                                        • Results (4)
                                                                                                                                                        • Results (5)
                                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                        • Observation (2)
                                                                                                                                                        • イントロダクション
                                                                                                                                                        • 数値モデル
                                                                                                                                                        • 議論とまとめ
                                                                                                                                                        • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                        • 太陽と磁場
                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                        • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                        • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                        • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                        • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                        • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                        • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                        • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                        • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                        • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                        • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                        • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                        • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                        • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                        • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                        • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                        • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                        • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                        • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                        • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                        • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                        • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                        • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                        • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                        • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                        • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                        • Setup and Results
                                                                                                                                                        • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                        • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                          2-3 Summary of 2D Works

                                                                                                                                                          77

                                                                                                                                                          2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                                                                          78

                                                                                                                                                          Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                                                                          79

                                                                                                                                                          Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                                          80

                                                                                                                                                          Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                                                                          81

                                                                                                                                                          Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                                          Logarithmic density

                                                                                                                                                          Summary of 3D Work

                                                                                                                                                          Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                                                                          Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                                                                          82

                                                                                                                                                          Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                                                                          decelerates and

                                                                                                                                                          expands horizontally

                                                                                                                                                          Otsuji et al (2010)83

                                                                                                                                                          Observation

                                                                                                                                                          Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                                                          84

                                                                                                                                                          Results

                                                                                                                                                          Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                                                          85

                                                                                                                                                          q large

                                                                                                                                                          q small

                                                                                                                                                          Results

                                                                                                                                                          Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                                                          86

                                                                                                                                                          Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                                                          Results

                                                                                                                                                          Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                                                          87

                                                                                                                                                          Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                                                          Results

                                                                                                                                                          Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                          q large obeys the initial

                                                                                                                                                          q2 law because the tube

                                                                                                                                                          keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                                                          because it takes more time

                                                                                                                                                          to emerge to the corona

                                                                                                                                                          and Emag is stored in the

                                                                                                                                                          photospheric tongue 88

                                                                                                                                                          dVB

                                                                                                                                                          Ez

                                                                                                                                                          0

                                                                                                                                                          2

                                                                                                                                                          mag 8

                                                                                                                                                          Results

                                                                                                                                                          Cross-section when

                                                                                                                                                          the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                          89

                                                                                                                                                          Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                          Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                          90

                                                                                                                                                          Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                          Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                                                          91

                                                                                                                                                          Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                          Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                          92

                                                                                                                                                          Observation

                                                                                                                                                          Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                                          decelerates and

                                                                                                                                                          expands horizontally

                                                                                                                                                          Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                                          イントロダクション

                                                                                                                                                          ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                                          考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                                          (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                                          94

                                                                                                                                                          数値モデル

                                                                                                                                                          初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                                          ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                                          磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                                          磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                                            と表すこのとき force balance

                                                                                                                                                           が保たれるよう

                                                                                                                                                           とする

                                                                                                                                                          rqrBrB x

                                                                                                                                                          2

                                                                                                                                                          tube

                                                                                                                                                          2

                                                                                                                                                          tube expR

                                                                                                                                                          rBrBx

                                                                                                                                                          r

                                                                                                                                                          BBB

                                                                                                                                                          dr

                                                                                                                                                          d

                                                                                                                                                          dr

                                                                                                                                                          dp x

                                                                                                                                                          48

                                                                                                                                                          222

                                                                                                                                                          exc

                                                                                                                                                          222

                                                                                                                                                          tube2exc 1

                                                                                                                                                          28

                                                                                                                                                          1xBr

                                                                                                                                                          Rqp

                                                                                                                                                          rpzpzyp excsi

                                                                                                                                                          B

                                                                                                                                                          x

                                                                                                                                                          r

                                                                                                                                                          B

                                                                                                                                                          BX

                                                                                                                                                          2πr

                                                                                                                                                          95

                                                                                                                                                          議論とまとめ

                                                                                                                                                          結果の比較

                                                                                                                                                          物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                                          初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                                          総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                                          初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                                          磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                                          初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                                          1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                                          減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                                          96

                                                                                                                                                          断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                                          議論とまとめ

                                                                                                                                                          3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                                          軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                                          総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                                          考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                                          倍 )

                                                                                                                                                          将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                                          97

                                                                                                                                                          1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                                          太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                                          太陽と磁場

                                                                                                                                                          Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                                          98

                                                                                                                                                          活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                          活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                                          磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                                          太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                                          Zwaan (1985)

                                                                                                                                                          Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                                          99

                                                                                                                                                          磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                          磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                          る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                          Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                          内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                          外圧 Pe

                                                                                                                                                          ggf ieb )(

                                                                                                                                                          100

                                                                                                                                                          活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                          AR 10926

                                                                                                                                                          101

                                                                                                                                                          磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                          磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                          102

                                                                                                                                                          対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                          ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                          た 細管近似

                                                                                                                                                          対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                          物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                          Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                          103

                                                                                                                                                          対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                          非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                          大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                          中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                          Fan (2001a)104

                                                                                                                                                          対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                          しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                          細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                          したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                          105

                                                                                                                                                          浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                          光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                          的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                          対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                          Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                          光球付近での減速機構

                                                                                                                                                          光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                          Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                          Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                          Magara (2001)

                                                                                                                                                          107

                                                                                                                                                          本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                          上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                          しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                          対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                          しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                          したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                          108

                                                                                                                                                          本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                          そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                          対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                          典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                          典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                          本研究の目的

                                                                                                                                                          減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                          2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                          典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                          典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                          数値モデル

                                                                                                                                                          初期条件

                                                                                                                                                          xH-400 0 400

                                                                                                                                                          zH

                                                                                                                                                          200

                                                                                                                                                          100

                                                                                                                                                          -200

                                                                                                                                                          -100

                                                                                                                                                          NX timesNZ

                                                                                                                                                          =1536times1920

                                                                                                                                                          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                          磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                          磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                          光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                          111

                                                                                                                                                          LX = 16 万 km

                                                                                                                                                          LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                          数値モデル (22)

                                                                                                                                                          対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                          無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                          速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                          時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                          密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                          圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                          温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                          磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                          数値モデル (23)

                                                                                                                                                          初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                          磁場BX

                                                                                                                                                          密度ρ

                                                                                                                                                          圧力 p

                                                                                                                                                          温度 T

                                                                                                                                                          対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                          113

                                                                                                                                                          数値モデル (24)

                                                                                                                                                          境界条件

                                                                                                                                                          -400 0 400

                                                                                                                                                          200

                                                                                                                                                          100

                                                                                                                                                          -200

                                                                                                                                                          -100

                                                                                                                                                          周期境界 対称境界

                                                                                                                                                          減衰領域

                                                                                                                                                          x H0

                                                                                                                                                          z H0

                                                                                                                                                          114

                                                                                                                                                          数値モデル (14)

                                                                                                                                                          初期条件

                                                                                                                                                          x H0

                                                                                                                                                          -400 0 400

                                                                                                                                                          z H0

                                                                                                                                                          200

                                                                                                                                                          100

                                                                                                                                                          -200

                                                                                                                                                          -100

                                                                                                                                                          NZ=1920

                                                                                                                                                          NX=1536

                                                                                                                                                          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                          width D

                                                                                                                                                          z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                          115

                                                                                                                                                          減速の物理 (34)

                                                                                                                                                          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                          116

                                                                                                                                                          減速の物理 (34)

                                                                                                                                                          磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                          シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                          磁束シートの浮上

                                                                                                                                                          磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                          減速

                                                                                                                                                          117

                                                                                                                                                          光球付近における減速

                                                                                                                                                          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                          磁場

                                                                                                                                                          密度差

                                                                                                                                                          磁場

                                                                                                                                                          密度差密度差

                                                                                                                                                          磁場

                                                                                                                                                          118

                                                                                                                                                          5 パラメータ研究

                                                                                                                                                          119

                                                                                                                                                          パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                          磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                          総磁束量 Φ

                                                                                                                                                          を変えた計算を行った

                                                                                                                                                          総磁束量 Φ

                                                                                                                                                          磁場強度 BX

                                                                                                                                                          120

                                                                                                                                                          パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                          2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                          点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                          121

                                                                                                                                                          パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                          減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                          122

                                                                                                                                                          パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                          2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                          123

                                                                                                                                                          パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                          2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                          124

                                                                                                                                                          パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                          times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                          125

                                                                                                                                                          パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                          密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                          パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                          対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                          EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                          127

                                                                                                                                                          パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                          times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                          軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                          減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                          129

                                                                                                                                                          断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                          減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                          130

                                                                                                                                                          Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                          Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                          observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                          2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                          3D simulations131

                                                                                                                                                          Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                          Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                          force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                          that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                          132

                                                                                                                                                          Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                          Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                          persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                          133

                                                                                                                                                          Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                          Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                          gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                          Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                          zzz pF BJg

                                                                                                                                                          134

                                                                                                                                                          Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                          135

                                                                                                                                                          Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                          Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                          magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                           rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                           rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                           rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                          Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                          136

                                                                                                                                                          3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                          137

                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                          Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                          138

                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                          twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                          139

                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                          emerged

                                                                                                                                                          q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                          q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                          140

                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                          Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                          141

                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                          Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                          Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                          142

                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                          Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                          Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                          Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                          Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                          Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                          Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                          Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                          plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                          at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                          143

                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                          on the initial twist q

                                                                                                                                                          q large direct emergence

                                                                                                                                                            Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                            Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                          144

                                                                                                                                                          dVB

                                                                                                                                                          E corona

                                                                                                                                                          2

                                                                                                                                                          mag 8

                                                                                                                                                          Setup and Results

                                                                                                                                                          Conditions

                                                                                                                                                          q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                          145

                                                                                                                                                          Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                          Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                          Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                          Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                          Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                          Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                          Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                          Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                          セットアップと計算結果

                                                                                                                                                          結果 (x=0)

                                                                                                                                                          146

                                                                                                                                                          セットアップと計算結果

                                                                                                                                                          結果 (y=0)

                                                                                                                                                          147

                                                                                                                                                          • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                          • 内容
                                                                                                                                                          • 内容 (2)
                                                                                                                                                          • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                          • 先行研究の概観
                                                                                                                                                          • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                          • 本研究の目的
                                                                                                                                                          • 内容 (3)
                                                                                                                                                          • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                          • 内容 (4)
                                                                                                                                                          • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                          • Slide 16
                                                                                                                                                          • 光球付近における減速
                                                                                                                                                          • パラメータ研究
                                                                                                                                                          • 内容 (5)
                                                                                                                                                          • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                          • Slide 21
                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                          • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                          • 内容 (6)
                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                          • 内容 (7)
                                                                                                                                                          • まとめ
                                                                                                                                                          • 今後の課題
                                                                                                                                                          • Fin
                                                                                                                                                          • 1 Introduction
                                                                                                                                                          • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                          • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                          • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                          • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                          • What to Study in HAO
                                                                                                                                                          • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                          • Parameter Study
                                                                                                                                                          • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                          • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                          • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                          • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                          • Parameter Survey
                                                                                                                                                          • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                          • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                          • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                          • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                          • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                          • Slide 59
                                                                                                                                                          • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                          • Slide 61
                                                                                                                                                          • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                          • Slide 63
                                                                                                                                                          • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                          • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                          • Slide 66
                                                                                                                                                          • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                          • Setup
                                                                                                                                                          • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                          • Appendix
                                                                                                                                                          • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                          • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                          • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                          • Slide 74
                                                                                                                                                          • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                          • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                          • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                          • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                          • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                          • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                          • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                          • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                          • Observation
                                                                                                                                                          • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                          • Results
                                                                                                                                                          • Results (2)
                                                                                                                                                          • Results (3)
                                                                                                                                                          • Results (4)
                                                                                                                                                          • Results (5)
                                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                          • Observation (2)
                                                                                                                                                          • イントロダクション
                                                                                                                                                          • 数値モデル
                                                                                                                                                          • 議論とまとめ
                                                                                                                                                          • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                          • 太陽と磁場
                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                          • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                          • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                          • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                          • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                          • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                          • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                          • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                          • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                          • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                          • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                          • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                          • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                          • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                          • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                          • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                          • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                          • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                          • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                          • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                          • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                          • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                          • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                          • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                          • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                          • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                          • Setup and Results
                                                                                                                                                          • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                          • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                            2-2 Smaller-scale 3D Works

                                                                                                                                                            78

                                                                                                                                                            Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                                                                            79

                                                                                                                                                            Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                                            80

                                                                                                                                                            Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                                                                            81

                                                                                                                                                            Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                                            Logarithmic density

                                                                                                                                                            Summary of 3D Work

                                                                                                                                                            Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                                                                            Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                                                                            82

                                                                                                                                                            Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                                                                            decelerates and

                                                                                                                                                            expands horizontally

                                                                                                                                                            Otsuji et al (2010)83

                                                                                                                                                            Observation

                                                                                                                                                            Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                                                            84

                                                                                                                                                            Results

                                                                                                                                                            Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                                                            85

                                                                                                                                                            q large

                                                                                                                                                            q small

                                                                                                                                                            Results

                                                                                                                                                            Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                                                            86

                                                                                                                                                            Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                                                            Results

                                                                                                                                                            Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                                                            87

                                                                                                                                                            Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                                                            Results

                                                                                                                                                            Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                            q large obeys the initial

                                                                                                                                                            q2 law because the tube

                                                                                                                                                            keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                                                            because it takes more time

                                                                                                                                                            to emerge to the corona

                                                                                                                                                            and Emag is stored in the

                                                                                                                                                            photospheric tongue 88

                                                                                                                                                            dVB

                                                                                                                                                            Ez

                                                                                                                                                            0

                                                                                                                                                            2

                                                                                                                                                            mag 8

                                                                                                                                                            Results

                                                                                                                                                            Cross-section when

                                                                                                                                                            the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                            89

                                                                                                                                                            Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                            Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                            90

                                                                                                                                                            Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                            Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                                                            91

                                                                                                                                                            Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                            Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                            92

                                                                                                                                                            Observation

                                                                                                                                                            Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                                            decelerates and

                                                                                                                                                            expands horizontally

                                                                                                                                                            Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                                            イントロダクション

                                                                                                                                                            ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                                            考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                                            (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                                            94

                                                                                                                                                            数値モデル

                                                                                                                                                            初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                                            ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                                            磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                                            磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                                              と表すこのとき force balance

                                                                                                                                                             が保たれるよう

                                                                                                                                                             とする

                                                                                                                                                            rqrBrB x

                                                                                                                                                            2

                                                                                                                                                            tube

                                                                                                                                                            2

                                                                                                                                                            tube expR

                                                                                                                                                            rBrBx

                                                                                                                                                            r

                                                                                                                                                            BBB

                                                                                                                                                            dr

                                                                                                                                                            d

                                                                                                                                                            dr

                                                                                                                                                            dp x

                                                                                                                                                            48

                                                                                                                                                            222

                                                                                                                                                            exc

                                                                                                                                                            222

                                                                                                                                                            tube2exc 1

                                                                                                                                                            28

                                                                                                                                                            1xBr

                                                                                                                                                            Rqp

                                                                                                                                                            rpzpzyp excsi

                                                                                                                                                            B

                                                                                                                                                            x

                                                                                                                                                            r

                                                                                                                                                            B

                                                                                                                                                            BX

                                                                                                                                                            2πr

                                                                                                                                                            95

                                                                                                                                                            議論とまとめ

                                                                                                                                                            結果の比較

                                                                                                                                                            物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                                            初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                                            総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                                            初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                                            磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                                            初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                                            1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                                            減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                                            96

                                                                                                                                                            断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                                            議論とまとめ

                                                                                                                                                            3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                                            軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                                            総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                                            考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                                            倍 )

                                                                                                                                                            将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                                            97

                                                                                                                                                            1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                                            太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                                            太陽と磁場

                                                                                                                                                            Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                                            98

                                                                                                                                                            活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                            活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                                            磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                                            太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                                            Zwaan (1985)

                                                                                                                                                            Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                                            99

                                                                                                                                                            磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                            磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                            る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                            Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                            内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                            外圧 Pe

                                                                                                                                                            ggf ieb )(

                                                                                                                                                            100

                                                                                                                                                            活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                            AR 10926

                                                                                                                                                            101

                                                                                                                                                            磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                            磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                            102

                                                                                                                                                            対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                            ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                            た 細管近似

                                                                                                                                                            対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                            物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                            Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                            103

                                                                                                                                                            対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                            非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                            大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                            中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                            Fan (2001a)104

                                                                                                                                                            対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                            しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                            細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                            したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                            105

                                                                                                                                                            浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                            光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                            的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                            対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                            Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                            光球付近での減速機構

                                                                                                                                                            光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                            Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                            Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                            Magara (2001)

                                                                                                                                                            107

                                                                                                                                                            本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                            上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                            しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                            対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                            しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                            したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                            108

                                                                                                                                                            本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                            そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                            対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                            典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                            典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                            本研究の目的

                                                                                                                                                            減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                            2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                            典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                            典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                            数値モデル

                                                                                                                                                            初期条件

                                                                                                                                                            xH-400 0 400

                                                                                                                                                            zH

                                                                                                                                                            200

                                                                                                                                                            100

                                                                                                                                                            -200

                                                                                                                                                            -100

                                                                                                                                                            NX timesNZ

                                                                                                                                                            =1536times1920

                                                                                                                                                            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                            磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                            磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                            光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                            111

                                                                                                                                                            LX = 16 万 km

                                                                                                                                                            LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                            数値モデル (22)

                                                                                                                                                            対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                            無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                            速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                            時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                            密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                            圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                            温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                            磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                            数値モデル (23)

                                                                                                                                                            初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                            磁場BX

                                                                                                                                                            密度ρ

                                                                                                                                                            圧力 p

                                                                                                                                                            温度 T

                                                                                                                                                            対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                            113

                                                                                                                                                            数値モデル (24)

                                                                                                                                                            境界条件

                                                                                                                                                            -400 0 400

                                                                                                                                                            200

                                                                                                                                                            100

                                                                                                                                                            -200

                                                                                                                                                            -100

                                                                                                                                                            周期境界 対称境界

                                                                                                                                                            減衰領域

                                                                                                                                                            x H0

                                                                                                                                                            z H0

                                                                                                                                                            114

                                                                                                                                                            数値モデル (14)

                                                                                                                                                            初期条件

                                                                                                                                                            x H0

                                                                                                                                                            -400 0 400

                                                                                                                                                            z H0

                                                                                                                                                            200

                                                                                                                                                            100

                                                                                                                                                            -200

                                                                                                                                                            -100

                                                                                                                                                            NZ=1920

                                                                                                                                                            NX=1536

                                                                                                                                                            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                            width D

                                                                                                                                                            z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                            115

                                                                                                                                                            減速の物理 (34)

                                                                                                                                                            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                            116

                                                                                                                                                            減速の物理 (34)

                                                                                                                                                            磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                            シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                            磁束シートの浮上

                                                                                                                                                            磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                            減速

                                                                                                                                                            117

                                                                                                                                                            光球付近における減速

                                                                                                                                                            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                            磁場

                                                                                                                                                            密度差

                                                                                                                                                            磁場

                                                                                                                                                            密度差密度差

                                                                                                                                                            磁場

                                                                                                                                                            118

                                                                                                                                                            5 パラメータ研究

                                                                                                                                                            119

                                                                                                                                                            パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                            磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                            総磁束量 Φ

                                                                                                                                                            を変えた計算を行った

                                                                                                                                                            総磁束量 Φ

                                                                                                                                                            磁場強度 BX

                                                                                                                                                            120

                                                                                                                                                            パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                            2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                            点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                            121

                                                                                                                                                            パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                            減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                            122

                                                                                                                                                            パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                            2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                            123

                                                                                                                                                            パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                            2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                            124

                                                                                                                                                            パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                            times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                            125

                                                                                                                                                            パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                            密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                            パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                            対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                            EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                            127

                                                                                                                                                            パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                            times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                            軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                            減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                            129

                                                                                                                                                            断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                            減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                            130

                                                                                                                                                            Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                            Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                            observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                            2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                            3D simulations131

                                                                                                                                                            Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                            Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                            force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                            that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                            132

                                                                                                                                                            Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                            Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                            persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                            133

                                                                                                                                                            Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                            Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                            gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                            Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                            zzz pF BJg

                                                                                                                                                            134

                                                                                                                                                            Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                            135

                                                                                                                                                            Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                            Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                            magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                             rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                             rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                             rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                            Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                            136

                                                                                                                                                            3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                            137

                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                            Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                            138

                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                            twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                            139

                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                            emerged

                                                                                                                                                            q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                            q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                            140

                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                            Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                            141

                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                            Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                            Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                            142

                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                            Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                            Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                            Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                            Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                            Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                            Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                            Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                            plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                            at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                            143

                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                            on the initial twist q

                                                                                                                                                            q large direct emergence

                                                                                                                                                              Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                              Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                            144

                                                                                                                                                            dVB

                                                                                                                                                            E corona

                                                                                                                                                            2

                                                                                                                                                            mag 8

                                                                                                                                                            Setup and Results

                                                                                                                                                            Conditions

                                                                                                                                                            q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                            145

                                                                                                                                                            Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                            Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                            Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                            Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                            Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                            Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                            Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                            Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                            セットアップと計算結果

                                                                                                                                                            結果 (x=0)

                                                                                                                                                            146

                                                                                                                                                            セットアップと計算結果

                                                                                                                                                            結果 (y=0)

                                                                                                                                                            147

                                                                                                                                                            • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                            • 内容
                                                                                                                                                            • 内容 (2)
                                                                                                                                                            • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                            • 先行研究の概観
                                                                                                                                                            • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                            • 本研究の目的
                                                                                                                                                            • 内容 (3)
                                                                                                                                                            • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                            • 内容 (4)
                                                                                                                                                            • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                            • Slide 16
                                                                                                                                                            • 光球付近における減速
                                                                                                                                                            • パラメータ研究
                                                                                                                                                            • 内容 (5)
                                                                                                                                                            • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                            • Slide 21
                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                            • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                            • 内容 (6)
                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                            • 内容 (7)
                                                                                                                                                            • まとめ
                                                                                                                                                            • 今後の課題
                                                                                                                                                            • Fin
                                                                                                                                                            • 1 Introduction
                                                                                                                                                            • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                            • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                            • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                            • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                            • What to Study in HAO
                                                                                                                                                            • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                            • Parameter Study
                                                                                                                                                            • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                            • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                            • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                            • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                            • Parameter Survey
                                                                                                                                                            • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                            • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                            • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                            • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                            • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                            • Slide 59
                                                                                                                                                            • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                            • Slide 61
                                                                                                                                                            • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                            • Slide 63
                                                                                                                                                            • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                            • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                            • Slide 66
                                                                                                                                                            • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                            • Setup
                                                                                                                                                            • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                            • Appendix
                                                                                                                                                            • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                            • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                            • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                            • Slide 74
                                                                                                                                                            • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                            • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                            • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                            • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                            • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                            • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                            • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                            • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                            • Observation
                                                                                                                                                            • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                            • Results
                                                                                                                                                            • Results (2)
                                                                                                                                                            • Results (3)
                                                                                                                                                            • Results (4)
                                                                                                                                                            • Results (5)
                                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                            • Observation (2)
                                                                                                                                                            • イントロダクション
                                                                                                                                                            • 数値モデル
                                                                                                                                                            • 議論とまとめ
                                                                                                                                                            • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                            • 太陽と磁場
                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                            • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                            • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                            • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                            • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                            • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                            • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                            • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                            • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                            • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                            • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                            • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                            • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                            • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                            • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                            • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                            • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                            • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                            • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                            • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                            • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                            • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                            • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                            • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                            • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                            • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                            • Setup and Results
                                                                                                                                                            • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                            • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                              Results qH0=040 (rapid two-step)

                                                                                                                                                              79

                                                                                                                                                              Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                                              80

                                                                                                                                                              Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                                                                              81

                                                                                                                                                              Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                                              Logarithmic density

                                                                                                                                                              Summary of 3D Work

                                                                                                                                                              Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                                                                              Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                                                                              82

                                                                                                                                                              Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                                                                              decelerates and

                                                                                                                                                              expands horizontally

                                                                                                                                                              Otsuji et al (2010)83

                                                                                                                                                              Observation

                                                                                                                                                              Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                                                              84

                                                                                                                                                              Results

                                                                                                                                                              Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                                                              85

                                                                                                                                                              q large

                                                                                                                                                              q small

                                                                                                                                                              Results

                                                                                                                                                              Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                                                              86

                                                                                                                                                              Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                                                              Results

                                                                                                                                                              Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                                                              87

                                                                                                                                                              Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                                                              Results

                                                                                                                                                              Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                              q large obeys the initial

                                                                                                                                                              q2 law because the tube

                                                                                                                                                              keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                                                              because it takes more time

                                                                                                                                                              to emerge to the corona

                                                                                                                                                              and Emag is stored in the

                                                                                                                                                              photospheric tongue 88

                                                                                                                                                              dVB

                                                                                                                                                              Ez

                                                                                                                                                              0

                                                                                                                                                              2

                                                                                                                                                              mag 8

                                                                                                                                                              Results

                                                                                                                                                              Cross-section when

                                                                                                                                                              the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                              89

                                                                                                                                                              Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                              Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                              90

                                                                                                                                                              Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                              Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                                                              91

                                                                                                                                                              Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                              Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                              92

                                                                                                                                                              Observation

                                                                                                                                                              Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                                              decelerates and

                                                                                                                                                              expands horizontally

                                                                                                                                                              Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                                              イントロダクション

                                                                                                                                                              ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                                              考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                                              (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                                              94

                                                                                                                                                              数値モデル

                                                                                                                                                              初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                                              ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                                              磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                                              磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                                                と表すこのとき force balance

                                                                                                                                                               が保たれるよう

                                                                                                                                                               とする

                                                                                                                                                              rqrBrB x

                                                                                                                                                              2

                                                                                                                                                              tube

                                                                                                                                                              2

                                                                                                                                                              tube expR

                                                                                                                                                              rBrBx

                                                                                                                                                              r

                                                                                                                                                              BBB

                                                                                                                                                              dr

                                                                                                                                                              d

                                                                                                                                                              dr

                                                                                                                                                              dp x

                                                                                                                                                              48

                                                                                                                                                              222

                                                                                                                                                              exc

                                                                                                                                                              222

                                                                                                                                                              tube2exc 1

                                                                                                                                                              28

                                                                                                                                                              1xBr

                                                                                                                                                              Rqp

                                                                                                                                                              rpzpzyp excsi

                                                                                                                                                              B

                                                                                                                                                              x

                                                                                                                                                              r

                                                                                                                                                              B

                                                                                                                                                              BX

                                                                                                                                                              2πr

                                                                                                                                                              95

                                                                                                                                                              議論とまとめ

                                                                                                                                                              結果の比較

                                                                                                                                                              物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                                              初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                                              総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                                              初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                                              磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                                              初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                                              1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                                              減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                                              96

                                                                                                                                                              断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                                              議論とまとめ

                                                                                                                                                              3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                                              軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                                              総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                                              考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                                              倍 )

                                                                                                                                                              将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                                              97

                                                                                                                                                              1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                                              太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                                              太陽と磁場

                                                                                                                                                              Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                                              98

                                                                                                                                                              活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                              活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                                              磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                                              太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                                              Zwaan (1985)

                                                                                                                                                              Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                                              99

                                                                                                                                                              磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                              磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                              る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                              Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                              内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                              外圧 Pe

                                                                                                                                                              ggf ieb )(

                                                                                                                                                              100

                                                                                                                                                              活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                              AR 10926

                                                                                                                                                              101

                                                                                                                                                              磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                              磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                              102

                                                                                                                                                              対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                              ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                              た 細管近似

                                                                                                                                                              対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                              物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                              Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                              103

                                                                                                                                                              対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                              非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                              大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                              中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                              Fan (2001a)104

                                                                                                                                                              対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                              しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                              細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                              したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                              105

                                                                                                                                                              浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                              光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                              的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                              対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                              Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                              光球付近での減速機構

                                                                                                                                                              光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                              Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                              Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                              Magara (2001)

                                                                                                                                                              107

                                                                                                                                                              本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                              上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                              しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                              対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                              しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                              したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                              108

                                                                                                                                                              本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                              そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                              対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                              典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                              典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                              本研究の目的

                                                                                                                                                              減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                              2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                              典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                              典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                              数値モデル

                                                                                                                                                              初期条件

                                                                                                                                                              xH-400 0 400

                                                                                                                                                              zH

                                                                                                                                                              200

                                                                                                                                                              100

                                                                                                                                                              -200

                                                                                                                                                              -100

                                                                                                                                                              NX timesNZ

                                                                                                                                                              =1536times1920

                                                                                                                                                              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                              磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                              磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                              光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                              111

                                                                                                                                                              LX = 16 万 km

                                                                                                                                                              LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                              数値モデル (22)

                                                                                                                                                              対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                              無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                              速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                              時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                              密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                              圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                              温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                              磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                              数値モデル (23)

                                                                                                                                                              初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                              磁場BX

                                                                                                                                                              密度ρ

                                                                                                                                                              圧力 p

                                                                                                                                                              温度 T

                                                                                                                                                              対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                              113

                                                                                                                                                              数値モデル (24)

                                                                                                                                                              境界条件

                                                                                                                                                              -400 0 400

                                                                                                                                                              200

                                                                                                                                                              100

                                                                                                                                                              -200

                                                                                                                                                              -100

                                                                                                                                                              周期境界 対称境界

                                                                                                                                                              減衰領域

                                                                                                                                                              x H0

                                                                                                                                                              z H0

                                                                                                                                                              114

                                                                                                                                                              数値モデル (14)

                                                                                                                                                              初期条件

                                                                                                                                                              x H0

                                                                                                                                                              -400 0 400

                                                                                                                                                              z H0

                                                                                                                                                              200

                                                                                                                                                              100

                                                                                                                                                              -200

                                                                                                                                                              -100

                                                                                                                                                              NZ=1920

                                                                                                                                                              NX=1536

                                                                                                                                                              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                              width D

                                                                                                                                                              z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                              115

                                                                                                                                                              減速の物理 (34)

                                                                                                                                                              磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                              116

                                                                                                                                                              減速の物理 (34)

                                                                                                                                                              磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                              シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                              磁束シートの浮上

                                                                                                                                                              磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                              減速

                                                                                                                                                              117

                                                                                                                                                              光球付近における減速

                                                                                                                                                              磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                              磁場

                                                                                                                                                              密度差

                                                                                                                                                              磁場

                                                                                                                                                              密度差密度差

                                                                                                                                                              磁場

                                                                                                                                                              118

                                                                                                                                                              5 パラメータ研究

                                                                                                                                                              119

                                                                                                                                                              パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                              磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                              総磁束量 Φ

                                                                                                                                                              を変えた計算を行った

                                                                                                                                                              総磁束量 Φ

                                                                                                                                                              磁場強度 BX

                                                                                                                                                              120

                                                                                                                                                              パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                              2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                              点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                              121

                                                                                                                                                              パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                              減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                              122

                                                                                                                                                              パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                              2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                              123

                                                                                                                                                              パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                              2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                              124

                                                                                                                                                              パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                              times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                              125

                                                                                                                                                              パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                              密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                              パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                              対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                              EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                              127

                                                                                                                                                              パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                              times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                              軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                              減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                              129

                                                                                                                                                              断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                              減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                              130

                                                                                                                                                              Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                              Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                              observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                              2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                              3D simulations131

                                                                                                                                                              Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                              Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                              force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                              that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                              132

                                                                                                                                                              Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                              Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                              persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                              133

                                                                                                                                                              Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                              Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                              gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                              Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                              zzz pF BJg

                                                                                                                                                              134

                                                                                                                                                              Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                              135

                                                                                                                                                              Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                              Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                              magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                               rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                               rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                               rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                              Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                              136

                                                                                                                                                              3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                              137

                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                              Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                              138

                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                              twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                              139

                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                              emerged

                                                                                                                                                              q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                              q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                              140

                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                              Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                              141

                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                              Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                              Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                              142

                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                              Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                              Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                              Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                              Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                              Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                              Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                              Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                              plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                              at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                              143

                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                              on the initial twist q

                                                                                                                                                              q large direct emergence

                                                                                                                                                                Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                              144

                                                                                                                                                              dVB

                                                                                                                                                              E corona

                                                                                                                                                              2

                                                                                                                                                              mag 8

                                                                                                                                                              Setup and Results

                                                                                                                                                              Conditions

                                                                                                                                                              q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                              145

                                                                                                                                                              Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                              Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                              Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                              Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                              Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                              Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                              Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                              Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                              セットアップと計算結果

                                                                                                                                                              結果 (x=0)

                                                                                                                                                              146

                                                                                                                                                              セットアップと計算結果

                                                                                                                                                              結果 (y=0)

                                                                                                                                                              147

                                                                                                                                                              • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                              • 内容
                                                                                                                                                              • 内容 (2)
                                                                                                                                                              • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                              • 先行研究の概観
                                                                                                                                                              • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                              • 本研究の目的
                                                                                                                                                              • 内容 (3)
                                                                                                                                                              • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                              • 内容 (4)
                                                                                                                                                              • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                              • Slide 16
                                                                                                                                                              • 光球付近における減速
                                                                                                                                                              • パラメータ研究
                                                                                                                                                              • 内容 (5)
                                                                                                                                                              • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                              • Slide 21
                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                              • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                              • 内容 (6)
                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                              • 内容 (7)
                                                                                                                                                              • まとめ
                                                                                                                                                              • 今後の課題
                                                                                                                                                              • Fin
                                                                                                                                                              • 1 Introduction
                                                                                                                                                              • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                              • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                              • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                              • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                              • What to Study in HAO
                                                                                                                                                              • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                              • Parameter Study
                                                                                                                                                              • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                              • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                              • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                              • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                              • Parameter Survey
                                                                                                                                                              • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                              • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                              • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                              • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                              • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                              • Slide 59
                                                                                                                                                              • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                              • Slide 61
                                                                                                                                                              • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                              • Slide 63
                                                                                                                                                              • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                              • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                              • Slide 66
                                                                                                                                                              • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                              • Setup
                                                                                                                                                              • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                              • Appendix
                                                                                                                                                              • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                              • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                              • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                              • Slide 74
                                                                                                                                                              • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                              • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                              • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                              • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                              • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                              • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                              • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                              • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                              • Observation
                                                                                                                                                              • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                              • Results
                                                                                                                                                              • Results (2)
                                                                                                                                                              • Results (3)
                                                                                                                                                              • Results (4)
                                                                                                                                                              • Results (5)
                                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                              • Observation (2)
                                                                                                                                                              • イントロダクション
                                                                                                                                                              • 数値モデル
                                                                                                                                                              • 議論とまとめ
                                                                                                                                                              • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                              • 太陽と磁場
                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                              • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                              • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                              • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                              • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                              • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                              • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                              • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                              • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                              • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                              • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                              • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                              • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                              • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                              • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                              • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                              • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                              • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                              • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                              • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                              • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                              • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                              • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                              • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                              • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                              • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                              • Setup and Results
                                                                                                                                                              • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                              • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                                                80

                                                                                                                                                                Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                                                                                81

                                                                                                                                                                Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                                                Logarithmic density

                                                                                                                                                                Summary of 3D Work

                                                                                                                                                                Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                                                                                Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                                                                                82

                                                                                                                                                                Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                                                                                decelerates and

                                                                                                                                                                expands horizontally

                                                                                                                                                                Otsuji et al (2010)83

                                                                                                                                                                Observation

                                                                                                                                                                Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                                                                84

                                                                                                                                                                Results

                                                                                                                                                                Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                                                                85

                                                                                                                                                                q large

                                                                                                                                                                q small

                                                                                                                                                                Results

                                                                                                                                                                Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                                                                86

                                                                                                                                                                Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                                                                Results

                                                                                                                                                                Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                                                                87

                                                                                                                                                                Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                                                                Results

                                                                                                                                                                Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                                q large obeys the initial

                                                                                                                                                                q2 law because the tube

                                                                                                                                                                keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                                                                because it takes more time

                                                                                                                                                                to emerge to the corona

                                                                                                                                                                and Emag is stored in the

                                                                                                                                                                photospheric tongue 88

                                                                                                                                                                dVB

                                                                                                                                                                Ez

                                                                                                                                                                0

                                                                                                                                                                2

                                                                                                                                                                mag 8

                                                                                                                                                                Results

                                                                                                                                                                Cross-section when

                                                                                                                                                                the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                                89

                                                                                                                                                                Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                                90

                                                                                                                                                                Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                                                                91

                                                                                                                                                                Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                                92

                                                                                                                                                                Observation

                                                                                                                                                                Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                                                decelerates and

                                                                                                                                                                expands horizontally

                                                                                                                                                                Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                                                イントロダクション

                                                                                                                                                                ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                                                考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                                                (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                                                94

                                                                                                                                                                数値モデル

                                                                                                                                                                初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                                                ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                                                磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                                                磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                                                  と表すこのとき force balance

                                                                                                                                                                 が保たれるよう

                                                                                                                                                                 とする

                                                                                                                                                                rqrBrB x

                                                                                                                                                                2

                                                                                                                                                                tube

                                                                                                                                                                2

                                                                                                                                                                tube expR

                                                                                                                                                                rBrBx

                                                                                                                                                                r

                                                                                                                                                                BBB

                                                                                                                                                                dr

                                                                                                                                                                d

                                                                                                                                                                dr

                                                                                                                                                                dp x

                                                                                                                                                                48

                                                                                                                                                                222

                                                                                                                                                                exc

                                                                                                                                                                222

                                                                                                                                                                tube2exc 1

                                                                                                                                                                28

                                                                                                                                                                1xBr

                                                                                                                                                                Rqp

                                                                                                                                                                rpzpzyp excsi

                                                                                                                                                                B

                                                                                                                                                                x

                                                                                                                                                                r

                                                                                                                                                                B

                                                                                                                                                                BX

                                                                                                                                                                2πr

                                                                                                                                                                95

                                                                                                                                                                議論とまとめ

                                                                                                                                                                結果の比較

                                                                                                                                                                物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                                                初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                                                総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                                                初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                                                磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                                                初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                                                1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                                                減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                                                96

                                                                                                                                                                断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                                                議論とまとめ

                                                                                                                                                                3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                                                軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                                                総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                                                考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                                                倍 )

                                                                                                                                                                将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                                                97

                                                                                                                                                                1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                                                太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                                                太陽と磁場

                                                                                                                                                                Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                                                98

                                                                                                                                                                活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                                                磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                                                太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                                                Zwaan (1985)

                                                                                                                                                                Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                                                99

                                                                                                                                                                磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                                磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                                る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                                Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                                内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                                外圧 Pe

                                                                                                                                                                ggf ieb )(

                                                                                                                                                                100

                                                                                                                                                                活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                AR 10926

                                                                                                                                                                101

                                                                                                                                                                磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                                磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                102

                                                                                                                                                                対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                                た 細管近似

                                                                                                                                                                対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                                物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                                Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                                103

                                                                                                                                                                対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                                大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                                中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                                Fan (2001a)104

                                                                                                                                                                対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                                しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                                細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                                したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                105

                                                                                                                                                                浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                                光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                                的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                                対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                                Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                                光球付近での減速機構

                                                                                                                                                                光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                                Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                                Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                                Magara (2001)

                                                                                                                                                                107

                                                                                                                                                                本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                108

                                                                                                                                                                本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                本研究の目的

                                                                                                                                                                減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                数値モデル

                                                                                                                                                                初期条件

                                                                                                                                                                xH-400 0 400

                                                                                                                                                                zH

                                                                                                                                                                200

                                                                                                                                                                100

                                                                                                                                                                -200

                                                                                                                                                                -100

                                                                                                                                                                NX timesNZ

                                                                                                                                                                =1536times1920

                                                                                                                                                                BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                111

                                                                                                                                                                LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                数値モデル (22)

                                                                                                                                                                対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                数値モデル (23)

                                                                                                                                                                初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                磁場BX

                                                                                                                                                                密度ρ

                                                                                                                                                                圧力 p

                                                                                                                                                                温度 T

                                                                                                                                                                対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                113

                                                                                                                                                                数値モデル (24)

                                                                                                                                                                境界条件

                                                                                                                                                                -400 0 400

                                                                                                                                                                200

                                                                                                                                                                100

                                                                                                                                                                -200

                                                                                                                                                                -100

                                                                                                                                                                周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                減衰領域

                                                                                                                                                                x H0

                                                                                                                                                                z H0

                                                                                                                                                                114

                                                                                                                                                                数値モデル (14)

                                                                                                                                                                初期条件

                                                                                                                                                                x H0

                                                                                                                                                                -400 0 400

                                                                                                                                                                z H0

                                                                                                                                                                200

                                                                                                                                                                100

                                                                                                                                                                -200

                                                                                                                                                                -100

                                                                                                                                                                NZ=1920

                                                                                                                                                                NX=1536

                                                                                                                                                                BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                width D

                                                                                                                                                                z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                115

                                                                                                                                                                減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                116

                                                                                                                                                                減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                減速

                                                                                                                                                                117

                                                                                                                                                                光球付近における減速

                                                                                                                                                                磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                磁場

                                                                                                                                                                密度差

                                                                                                                                                                磁場

                                                                                                                                                                密度差密度差

                                                                                                                                                                磁場

                                                                                                                                                                118

                                                                                                                                                                5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                119

                                                                                                                                                                パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                磁場強度 BX

                                                                                                                                                                120

                                                                                                                                                                パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                121

                                                                                                                                                                パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                122

                                                                                                                                                                パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                123

                                                                                                                                                                パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                124

                                                                                                                                                                パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                125

                                                                                                                                                                パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                127

                                                                                                                                                                パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                129

                                                                                                                                                                断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                130

                                                                                                                                                                Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                3D simulations131

                                                                                                                                                                Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                132

                                                                                                                                                                Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                133

                                                                                                                                                                Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                zzz pF BJg

                                                                                                                                                                134

                                                                                                                                                                Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                135

                                                                                                                                                                Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                 rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                 rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                 rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                136

                                                                                                                                                                3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                137

                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                138

                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                139

                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                emerged

                                                                                                                                                                q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                140

                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                141

                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                142

                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                143

                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                on the initial twist q

                                                                                                                                                                q large direct emergence

                                                                                                                                                                  Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                  Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                144

                                                                                                                                                                dVB

                                                                                                                                                                E corona

                                                                                                                                                                2

                                                                                                                                                                mag 8

                                                                                                                                                                Setup and Results

                                                                                                                                                                Conditions

                                                                                                                                                                q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                145

                                                                                                                                                                Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                結果 (x=0)

                                                                                                                                                                146

                                                                                                                                                                セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                結果 (y=0)

                                                                                                                                                                147

                                                                                                                                                                • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                • 内容
                                                                                                                                                                • 内容 (2)
                                                                                                                                                                • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                • 本研究の目的
                                                                                                                                                                • 内容 (3)
                                                                                                                                                                • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                • 内容 (4)
                                                                                                                                                                • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                • Slide 16
                                                                                                                                                                • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                • パラメータ研究
                                                                                                                                                                • 内容 (5)
                                                                                                                                                                • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                • Slide 21
                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                • 内容 (6)
                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                • 内容 (7)
                                                                                                                                                                • まとめ
                                                                                                                                                                • 今後の課題
                                                                                                                                                                • Fin
                                                                                                                                                                • 1 Introduction
                                                                                                                                                                • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                • Parameter Study
                                                                                                                                                                • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                • Parameter Survey
                                                                                                                                                                • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                • Slide 59
                                                                                                                                                                • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                • Slide 61
                                                                                                                                                                • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                • Slide 63
                                                                                                                                                                • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                • Slide 66
                                                                                                                                                                • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                • Setup
                                                                                                                                                                • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                • Appendix
                                                                                                                                                                • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                • Slide 74
                                                                                                                                                                • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                • Observation
                                                                                                                                                                • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                • Results
                                                                                                                                                                • Results (2)
                                                                                                                                                                • Results (3)
                                                                                                                                                                • Results (4)
                                                                                                                                                                • Results (5)
                                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                • Observation (2)
                                                                                                                                                                • イントロダクション
                                                                                                                                                                • 数値モデル
                                                                                                                                                                • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                • Setup and Results
                                                                                                                                                                • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                  Magnetic domes field lines are almost y-directional interchange-mode instability initial twist is too strong

                                                                                                                                                                  81

                                                                                                                                                                  Results qH0=015 (slow two-step)

                                                                                                                                                                  Logarithmic density

                                                                                                                                                                  Summary of 3D Work

                                                                                                                                                                  Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                                                                                  Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                                                                                  82

                                                                                                                                                                  Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                                                                                  decelerates and

                                                                                                                                                                  expands horizontally

                                                                                                                                                                  Otsuji et al (2010)83

                                                                                                                                                                  Observation

                                                                                                                                                                  Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                                                                  84

                                                                                                                                                                  Results

                                                                                                                                                                  Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                                                                  85

                                                                                                                                                                  q large

                                                                                                                                                                  q small

                                                                                                                                                                  Results

                                                                                                                                                                  Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                                                                  86

                                                                                                                                                                  Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                                                                  Results

                                                                                                                                                                  Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                                                                  87

                                                                                                                                                                  Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                                                                  Results

                                                                                                                                                                  Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                                  q large obeys the initial

                                                                                                                                                                  q2 law because the tube

                                                                                                                                                                  keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                                                                  because it takes more time

                                                                                                                                                                  to emerge to the corona

                                                                                                                                                                  and Emag is stored in the

                                                                                                                                                                  photospheric tongue 88

                                                                                                                                                                  dVB

                                                                                                                                                                  Ez

                                                                                                                                                                  0

                                                                                                                                                                  2

                                                                                                                                                                  mag 8

                                                                                                                                                                  Results

                                                                                                                                                                  Cross-section when

                                                                                                                                                                  the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                                  89

                                                                                                                                                                  Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                  Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                                  90

                                                                                                                                                                  Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                  Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                                                                  91

                                                                                                                                                                  Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                  Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                                  92

                                                                                                                                                                  Observation

                                                                                                                                                                  Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                                                  decelerates and

                                                                                                                                                                  expands horizontally

                                                                                                                                                                  Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                                                  イントロダクション

                                                                                                                                                                  ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                                                  考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                                                  (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                                                  94

                                                                                                                                                                  数値モデル

                                                                                                                                                                  初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                                                  ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                                                  磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                                                  磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                                                    と表すこのとき force balance

                                                                                                                                                                   が保たれるよう

                                                                                                                                                                   とする

                                                                                                                                                                  rqrBrB x

                                                                                                                                                                  2

                                                                                                                                                                  tube

                                                                                                                                                                  2

                                                                                                                                                                  tube expR

                                                                                                                                                                  rBrBx

                                                                                                                                                                  r

                                                                                                                                                                  BBB

                                                                                                                                                                  dr

                                                                                                                                                                  d

                                                                                                                                                                  dr

                                                                                                                                                                  dp x

                                                                                                                                                                  48

                                                                                                                                                                  222

                                                                                                                                                                  exc

                                                                                                                                                                  222

                                                                                                                                                                  tube2exc 1

                                                                                                                                                                  28

                                                                                                                                                                  1xBr

                                                                                                                                                                  Rqp

                                                                                                                                                                  rpzpzyp excsi

                                                                                                                                                                  B

                                                                                                                                                                  x

                                                                                                                                                                  r

                                                                                                                                                                  B

                                                                                                                                                                  BX

                                                                                                                                                                  2πr

                                                                                                                                                                  95

                                                                                                                                                                  議論とまとめ

                                                                                                                                                                  結果の比較

                                                                                                                                                                  物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                                                  初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                                                  総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                                                  初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                                                  磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                                                  初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                                                  1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                                                  減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                                                  96

                                                                                                                                                                  断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                                                  議論とまとめ

                                                                                                                                                                  3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                                                  軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                                                  総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                                                  考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                                                  倍 )

                                                                                                                                                                  将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                                                  97

                                                                                                                                                                  1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                                                  太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                                                  太陽と磁場

                                                                                                                                                                  Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                                                  98

                                                                                                                                                                  活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                  活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                                                  磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                                                  太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                                                  Zwaan (1985)

                                                                                                                                                                  Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                                                  99

                                                                                                                                                                  磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                                  磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                                  る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                                  Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                                  内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                                  外圧 Pe

                                                                                                                                                                  ggf ieb )(

                                                                                                                                                                  100

                                                                                                                                                                  活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                  AR 10926

                                                                                                                                                                  101

                                                                                                                                                                  磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                                  磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                  102

                                                                                                                                                                  対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                  ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                                  た 細管近似

                                                                                                                                                                  対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                                  物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                                  Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                                  103

                                                                                                                                                                  対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                  非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                                  大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                                  中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                                  Fan (2001a)104

                                                                                                                                                                  対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                                  しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                                  細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                                  したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                  105

                                                                                                                                                                  浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                                  光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                                  的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                                  対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                                  Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                                  光球付近での減速機構

                                                                                                                                                                  光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                                  Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                                  Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                                  Magara (2001)

                                                                                                                                                                  107

                                                                                                                                                                  本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                  上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                  しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                  対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                  しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                  したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                  108

                                                                                                                                                                  本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                  そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                  対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                  典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                  典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                  本研究の目的

                                                                                                                                                                  減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                  2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                  典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                  典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                  数値モデル

                                                                                                                                                                  初期条件

                                                                                                                                                                  xH-400 0 400

                                                                                                                                                                  zH

                                                                                                                                                                  200

                                                                                                                                                                  100

                                                                                                                                                                  -200

                                                                                                                                                                  -100

                                                                                                                                                                  NX timesNZ

                                                                                                                                                                  =1536times1920

                                                                                                                                                                  BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                  磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                  磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                  光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                  111

                                                                                                                                                                  LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                  LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                  数値モデル (22)

                                                                                                                                                                  対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                  無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                  速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                  時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                  密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                  圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                  温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                  磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                  数値モデル (23)

                                                                                                                                                                  初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                  磁場BX

                                                                                                                                                                  密度ρ

                                                                                                                                                                  圧力 p

                                                                                                                                                                  温度 T

                                                                                                                                                                  対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                  113

                                                                                                                                                                  数値モデル (24)

                                                                                                                                                                  境界条件

                                                                                                                                                                  -400 0 400

                                                                                                                                                                  200

                                                                                                                                                                  100

                                                                                                                                                                  -200

                                                                                                                                                                  -100

                                                                                                                                                                  周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                  減衰領域

                                                                                                                                                                  x H0

                                                                                                                                                                  z H0

                                                                                                                                                                  114

                                                                                                                                                                  数値モデル (14)

                                                                                                                                                                  初期条件

                                                                                                                                                                  x H0

                                                                                                                                                                  -400 0 400

                                                                                                                                                                  z H0

                                                                                                                                                                  200

                                                                                                                                                                  100

                                                                                                                                                                  -200

                                                                                                                                                                  -100

                                                                                                                                                                  NZ=1920

                                                                                                                                                                  NX=1536

                                                                                                                                                                  BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                  width D

                                                                                                                                                                  z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                  115

                                                                                                                                                                  減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                  磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                  116

                                                                                                                                                                  減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                  磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                  シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                  磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                  磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                  減速

                                                                                                                                                                  117

                                                                                                                                                                  光球付近における減速

                                                                                                                                                                  磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                  磁場

                                                                                                                                                                  密度差

                                                                                                                                                                  磁場

                                                                                                                                                                  密度差密度差

                                                                                                                                                                  磁場

                                                                                                                                                                  118

                                                                                                                                                                  5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                  119

                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                  磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                  総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                  を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                  総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                  磁場強度 BX

                                                                                                                                                                  120

                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                  2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                  点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                  121

                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                  減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                  122

                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                  2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                  123

                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                  2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                  124

                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                  times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                  125

                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                  密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                  対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                  EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                  127

                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                  times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                  軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                  減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                  129

                                                                                                                                                                  断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                  減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                  130

                                                                                                                                                                  Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                  Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                  observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                  2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                  3D simulations131

                                                                                                                                                                  Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                  Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                  force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                  that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                  132

                                                                                                                                                                  Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                  Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                  persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                  133

                                                                                                                                                                  Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                  Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                  gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                  Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                  zzz pF BJg

                                                                                                                                                                  134

                                                                                                                                                                  Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                  135

                                                                                                                                                                  Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                  Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                  magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                   rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                   rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                   rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                  Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                  136

                                                                                                                                                                  3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                  137

                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                  138

                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                  twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                  139

                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                  emerged

                                                                                                                                                                  q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                  q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                  140

                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                  Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                  141

                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                  142

                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                  Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                  Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                  Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                  Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                  Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                  Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                  Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                  plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                  at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                  143

                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                  on the initial twist q

                                                                                                                                                                  q large direct emergence

                                                                                                                                                                    Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                    Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                  144

                                                                                                                                                                  dVB

                                                                                                                                                                  E corona

                                                                                                                                                                  2

                                                                                                                                                                  mag 8

                                                                                                                                                                  Setup and Results

                                                                                                                                                                  Conditions

                                                                                                                                                                  q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                  145

                                                                                                                                                                  Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                  Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                  Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                  Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                  Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                  Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                  Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                  Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                  セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                  結果 (x=0)

                                                                                                                                                                  146

                                                                                                                                                                  セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                  結果 (y=0)

                                                                                                                                                                  147

                                                                                                                                                                  • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                  • 内容
                                                                                                                                                                  • 内容 (2)
                                                                                                                                                                  • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                  • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                  • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                  • 本研究の目的
                                                                                                                                                                  • 内容 (3)
                                                                                                                                                                  • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                  • 内容 (4)
                                                                                                                                                                  • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                  • Slide 16
                                                                                                                                                                  • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                  • パラメータ研究
                                                                                                                                                                  • 内容 (5)
                                                                                                                                                                  • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                  • Slide 21
                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                  • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                  • 内容 (6)
                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                  • 内容 (7)
                                                                                                                                                                  • まとめ
                                                                                                                                                                  • 今後の課題
                                                                                                                                                                  • Fin
                                                                                                                                                                  • 1 Introduction
                                                                                                                                                                  • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                  • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                  • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                  • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                  • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                  • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                  • Parameter Study
                                                                                                                                                                  • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                  • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                  • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                  • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                  • Parameter Survey
                                                                                                                                                                  • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                  • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                  • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                  • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                  • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                  • Slide 59
                                                                                                                                                                  • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                  • Slide 61
                                                                                                                                                                  • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                  • Slide 63
                                                                                                                                                                  • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                  • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                  • Slide 66
                                                                                                                                                                  • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                  • Setup
                                                                                                                                                                  • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                  • Appendix
                                                                                                                                                                  • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                  • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                  • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                  • Slide 74
                                                                                                                                                                  • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                  • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                  • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                  • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                  • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                  • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                  • Observation
                                                                                                                                                                  • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                  • Results
                                                                                                                                                                  • Results (2)
                                                                                                                                                                  • Results (3)
                                                                                                                                                                  • Results (4)
                                                                                                                                                                  • Results (5)
                                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                  • Observation (2)
                                                                                                                                                                  • イントロダクション
                                                                                                                                                                  • 数値モデル
                                                                                                                                                                  • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                  • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                  • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                  • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                  • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                  • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                  • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                  • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                  • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                  • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                  • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                  • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                  • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                  • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                  • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                  • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                  • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                  • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                  • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                  • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                  • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                  • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                  • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                  • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                  • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                  • Setup and Results
                                                                                                                                                                  • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                  • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                    Summary of 3D Work

                                                                                                                                                                    Summary q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed Magnetic tension keeps the tube coherent when q is large

                                                                                                                                                                    Magnetic domes are built due to interchange-mode instability It indicates the initial twist (qH0=015) is too strong

                                                                                                                                                                    82

                                                                                                                                                                    Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                                                                                    decelerates and

                                                                                                                                                                    expands horizontally

                                                                                                                                                                    Otsuji et al (2010)83

                                                                                                                                                                    Observation

                                                                                                                                                                    Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                                                                    84

                                                                                                                                                                    Results

                                                                                                                                                                    Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                                                                    85

                                                                                                                                                                    q large

                                                                                                                                                                    q small

                                                                                                                                                                    Results

                                                                                                                                                                    Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                                                                    86

                                                                                                                                                                    Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                                                                    Results

                                                                                                                                                                    Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                                                                    87

                                                                                                                                                                    Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                                                                    Results

                                                                                                                                                                    Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                                    q large obeys the initial

                                                                                                                                                                    q2 law because the tube

                                                                                                                                                                    keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                                                                    because it takes more time

                                                                                                                                                                    to emerge to the corona

                                                                                                                                                                    and Emag is stored in the

                                                                                                                                                                    photospheric tongue 88

                                                                                                                                                                    dVB

                                                                                                                                                                    Ez

                                                                                                                                                                    0

                                                                                                                                                                    2

                                                                                                                                                                    mag 8

                                                                                                                                                                    Results

                                                                                                                                                                    Cross-section when

                                                                                                                                                                    the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                                    89

                                                                                                                                                                    Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                    Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                                    90

                                                                                                                                                                    Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                    Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                                                                    91

                                                                                                                                                                    Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                    Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                                    92

                                                                                                                                                                    Observation

                                                                                                                                                                    Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                                                    decelerates and

                                                                                                                                                                    expands horizontally

                                                                                                                                                                    Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                                                    イントロダクション

                                                                                                                                                                    ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                                                    考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                                                    (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                                                    94

                                                                                                                                                                    数値モデル

                                                                                                                                                                    初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                                                    ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                                                    磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                                                    磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                                                      と表すこのとき force balance

                                                                                                                                                                     が保たれるよう

                                                                                                                                                                     とする

                                                                                                                                                                    rqrBrB x

                                                                                                                                                                    2

                                                                                                                                                                    tube

                                                                                                                                                                    2

                                                                                                                                                                    tube expR

                                                                                                                                                                    rBrBx

                                                                                                                                                                    r

                                                                                                                                                                    BBB

                                                                                                                                                                    dr

                                                                                                                                                                    d

                                                                                                                                                                    dr

                                                                                                                                                                    dp x

                                                                                                                                                                    48

                                                                                                                                                                    222

                                                                                                                                                                    exc

                                                                                                                                                                    222

                                                                                                                                                                    tube2exc 1

                                                                                                                                                                    28

                                                                                                                                                                    1xBr

                                                                                                                                                                    Rqp

                                                                                                                                                                    rpzpzyp excsi

                                                                                                                                                                    B

                                                                                                                                                                    x

                                                                                                                                                                    r

                                                                                                                                                                    B

                                                                                                                                                                    BX

                                                                                                                                                                    2πr

                                                                                                                                                                    95

                                                                                                                                                                    議論とまとめ

                                                                                                                                                                    結果の比較

                                                                                                                                                                    物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                                                    初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                                                    総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                                                    初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                                                    磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                                                    初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                                                    1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                                                    減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                                                    96

                                                                                                                                                                    断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                                                    議論とまとめ

                                                                                                                                                                    3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                                                    軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                                                    総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                                                    考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                                                    倍 )

                                                                                                                                                                    将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                                                    97

                                                                                                                                                                    1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                                                    太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                                                    太陽と磁場

                                                                                                                                                                    Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                                                    98

                                                                                                                                                                    活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                    活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                                                    磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                                                    太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                                                    Zwaan (1985)

                                                                                                                                                                    Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                                                    99

                                                                                                                                                                    磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                                    磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                                    る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                                    Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                                    内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                                    外圧 Pe

                                                                                                                                                                    ggf ieb )(

                                                                                                                                                                    100

                                                                                                                                                                    活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                    AR 10926

                                                                                                                                                                    101

                                                                                                                                                                    磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                                    磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                    102

                                                                                                                                                                    対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                    ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                                    た 細管近似

                                                                                                                                                                    対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                                    物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                                    Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                                    103

                                                                                                                                                                    対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                    非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                                    大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                                    中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                                    Fan (2001a)104

                                                                                                                                                                    対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                                    しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                                    細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                                    したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                    105

                                                                                                                                                                    浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                                    光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                                    的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                                    対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                                    Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                                    光球付近での減速機構

                                                                                                                                                                    光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                                    Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                                    Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                                    Magara (2001)

                                                                                                                                                                    107

                                                                                                                                                                    本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                    上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                    しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                    対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                    しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                    したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                    108

                                                                                                                                                                    本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                    そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                    対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                    典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                    典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                    本研究の目的

                                                                                                                                                                    減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                    2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                    典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                    典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                    数値モデル

                                                                                                                                                                    初期条件

                                                                                                                                                                    xH-400 0 400

                                                                                                                                                                    zH

                                                                                                                                                                    200

                                                                                                                                                                    100

                                                                                                                                                                    -200

                                                                                                                                                                    -100

                                                                                                                                                                    NX timesNZ

                                                                                                                                                                    =1536times1920

                                                                                                                                                                    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                    磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                    磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                    光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                    111

                                                                                                                                                                    LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                    LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                    数値モデル (22)

                                                                                                                                                                    対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                    無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                    速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                    時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                    密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                    圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                    温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                    磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                    数値モデル (23)

                                                                                                                                                                    初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                    磁場BX

                                                                                                                                                                    密度ρ

                                                                                                                                                                    圧力 p

                                                                                                                                                                    温度 T

                                                                                                                                                                    対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                    113

                                                                                                                                                                    数値モデル (24)

                                                                                                                                                                    境界条件

                                                                                                                                                                    -400 0 400

                                                                                                                                                                    200

                                                                                                                                                                    100

                                                                                                                                                                    -200

                                                                                                                                                                    -100

                                                                                                                                                                    周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                    減衰領域

                                                                                                                                                                    x H0

                                                                                                                                                                    z H0

                                                                                                                                                                    114

                                                                                                                                                                    数値モデル (14)

                                                                                                                                                                    初期条件

                                                                                                                                                                    x H0

                                                                                                                                                                    -400 0 400

                                                                                                                                                                    z H0

                                                                                                                                                                    200

                                                                                                                                                                    100

                                                                                                                                                                    -200

                                                                                                                                                                    -100

                                                                                                                                                                    NZ=1920

                                                                                                                                                                    NX=1536

                                                                                                                                                                    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                    width D

                                                                                                                                                                    z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                    115

                                                                                                                                                                    減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                    116

                                                                                                                                                                    減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                    磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                    シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                    磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                    磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                    減速

                                                                                                                                                                    117

                                                                                                                                                                    光球付近における減速

                                                                                                                                                                    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                    磁場

                                                                                                                                                                    密度差

                                                                                                                                                                    磁場

                                                                                                                                                                    密度差密度差

                                                                                                                                                                    磁場

                                                                                                                                                                    118

                                                                                                                                                                    5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                    119

                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                    磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                    総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                    を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                    総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                    磁場強度 BX

                                                                                                                                                                    120

                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                    2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                    点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                    121

                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                    減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                    122

                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                    2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                    123

                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                    2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                    124

                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                    times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                    125

                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                    密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                    対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                    EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                    127

                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                    times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                    軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                    減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                    129

                                                                                                                                                                    断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                    減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                    130

                                                                                                                                                                    Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                    Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                    observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                    2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                    3D simulations131

                                                                                                                                                                    Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                    Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                    force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                    that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                    132

                                                                                                                                                                    Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                    Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                    persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                    133

                                                                                                                                                                    Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                    Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                    gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                    Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                    zzz pF BJg

                                                                                                                                                                    134

                                                                                                                                                                    Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                    135

                                                                                                                                                                    Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                    Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                    magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                     rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                     rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                     rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                    Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                    136

                                                                                                                                                                    3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                    137

                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                    138

                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                    twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                    139

                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                    emerged

                                                                                                                                                                    q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                    q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                    140

                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                    Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                    141

                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                    142

                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                    Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                    Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                    Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                    Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                    Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                    Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                    Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                    plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                    at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                    143

                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                    on the initial twist q

                                                                                                                                                                    q large direct emergence

                                                                                                                                                                      Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                      Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                    144

                                                                                                                                                                    dVB

                                                                                                                                                                    E corona

                                                                                                                                                                    2

                                                                                                                                                                    mag 8

                                                                                                                                                                    Setup and Results

                                                                                                                                                                    Conditions

                                                                                                                                                                    q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                    145

                                                                                                                                                                    Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                    Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                    Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                    Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                    Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                    Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                    Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                    Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                    セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                    結果 (x=0)

                                                                                                                                                                    146

                                                                                                                                                                    セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                    結果 (y=0)

                                                                                                                                                                    147

                                                                                                                                                                    • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                    • 内容
                                                                                                                                                                    • 内容 (2)
                                                                                                                                                                    • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                    • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                    • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                    • 本研究の目的
                                                                                                                                                                    • 内容 (3)
                                                                                                                                                                    • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                    • 内容 (4)
                                                                                                                                                                    • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                    • Slide 16
                                                                                                                                                                    • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                    • パラメータ研究
                                                                                                                                                                    • 内容 (5)
                                                                                                                                                                    • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                    • Slide 21
                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                    • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                    • 内容 (6)
                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                    • 内容 (7)
                                                                                                                                                                    • まとめ
                                                                                                                                                                    • 今後の課題
                                                                                                                                                                    • Fin
                                                                                                                                                                    • 1 Introduction
                                                                                                                                                                    • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                    • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                    • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                    • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                    • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                    • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                    • Parameter Study
                                                                                                                                                                    • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                    • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                    • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                    • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                    • Parameter Survey
                                                                                                                                                                    • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                    • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                    • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                    • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                    • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                    • Slide 59
                                                                                                                                                                    • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                    • Slide 61
                                                                                                                                                                    • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                    • Slide 63
                                                                                                                                                                    • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                    • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                    • Slide 66
                                                                                                                                                                    • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                    • Setup
                                                                                                                                                                    • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                    • Appendix
                                                                                                                                                                    • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                    • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                    • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                    • Slide 74
                                                                                                                                                                    • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                    • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                    • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                    • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                    • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                    • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                    • Observation
                                                                                                                                                                    • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                    • Results
                                                                                                                                                                    • Results (2)
                                                                                                                                                                    • Results (3)
                                                                                                                                                                    • Results (4)
                                                                                                                                                                    • Results (5)
                                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                    • Observation (2)
                                                                                                                                                                    • イントロダクション
                                                                                                                                                                    • 数値モデル
                                                                                                                                                                    • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                    • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                    • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                    • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                    • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                    • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                    • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                    • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                    • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                    • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                    • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                    • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                    • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                    • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                    • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                    • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                    • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                    • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                    • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                    • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                    • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                    • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                    • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                    • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                    • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                    • Setup and Results
                                                                                                                                                                    • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                    • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                      Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height the rising flux

                                                                                                                                                                      decelerates and

                                                                                                                                                                      expands horizontally

                                                                                                                                                                      Otsuji et al (2010)83

                                                                                                                                                                      Observation

                                                                                                                                                                      Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                                                                      84

                                                                                                                                                                      Results

                                                                                                                                                                      Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                                                                      85

                                                                                                                                                                      q large

                                                                                                                                                                      q small

                                                                                                                                                                      Results

                                                                                                                                                                      Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                                                                      86

                                                                                                                                                                      Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                                                                      Results

                                                                                                                                                                      Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                                                                      87

                                                                                                                                                                      Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                                                                      Results

                                                                                                                                                                      Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                                      q large obeys the initial

                                                                                                                                                                      q2 law because the tube

                                                                                                                                                                      keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                                                                      because it takes more time

                                                                                                                                                                      to emerge to the corona

                                                                                                                                                                      and Emag is stored in the

                                                                                                                                                                      photospheric tongue 88

                                                                                                                                                                      dVB

                                                                                                                                                                      Ez

                                                                                                                                                                      0

                                                                                                                                                                      2

                                                                                                                                                                      mag 8

                                                                                                                                                                      Results

                                                                                                                                                                      Cross-section when

                                                                                                                                                                      the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                                      89

                                                                                                                                                                      Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                      Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                                      90

                                                                                                                                                                      Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                      Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                                                                      91

                                                                                                                                                                      Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                      Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                                      92

                                                                                                                                                                      Observation

                                                                                                                                                                      Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                                                      decelerates and

                                                                                                                                                                      expands horizontally

                                                                                                                                                                      Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                                                      イントロダクション

                                                                                                                                                                      ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                                                      考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                                                      (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                                                      94

                                                                                                                                                                      数値モデル

                                                                                                                                                                      初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                                                      ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                                                      磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                                                      磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                                                        と表すこのとき force balance

                                                                                                                                                                       が保たれるよう

                                                                                                                                                                       とする

                                                                                                                                                                      rqrBrB x

                                                                                                                                                                      2

                                                                                                                                                                      tube

                                                                                                                                                                      2

                                                                                                                                                                      tube expR

                                                                                                                                                                      rBrBx

                                                                                                                                                                      r

                                                                                                                                                                      BBB

                                                                                                                                                                      dr

                                                                                                                                                                      d

                                                                                                                                                                      dr

                                                                                                                                                                      dp x

                                                                                                                                                                      48

                                                                                                                                                                      222

                                                                                                                                                                      exc

                                                                                                                                                                      222

                                                                                                                                                                      tube2exc 1

                                                                                                                                                                      28

                                                                                                                                                                      1xBr

                                                                                                                                                                      Rqp

                                                                                                                                                                      rpzpzyp excsi

                                                                                                                                                                      B

                                                                                                                                                                      x

                                                                                                                                                                      r

                                                                                                                                                                      B

                                                                                                                                                                      BX

                                                                                                                                                                      2πr

                                                                                                                                                                      95

                                                                                                                                                                      議論とまとめ

                                                                                                                                                                      結果の比較

                                                                                                                                                                      物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                                                      初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                                                      総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                                                      初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                                                      磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                                                      初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                                                      1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                                                      減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                                                      96

                                                                                                                                                                      断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                                                      議論とまとめ

                                                                                                                                                                      3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                                                      軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                                                      総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                                                      考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                                                      倍 )

                                                                                                                                                                      将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                                                      97

                                                                                                                                                                      1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                                                      太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                                                      太陽と磁場

                                                                                                                                                                      Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                                                      98

                                                                                                                                                                      活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                      活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                                                      磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                                                      太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                                                      Zwaan (1985)

                                                                                                                                                                      Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                                                      99

                                                                                                                                                                      磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                                      磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                                      る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                                      Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                                      内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                                      外圧 Pe

                                                                                                                                                                      ggf ieb )(

                                                                                                                                                                      100

                                                                                                                                                                      活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                      AR 10926

                                                                                                                                                                      101

                                                                                                                                                                      磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                                      磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                      102

                                                                                                                                                                      対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                      ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                                      た 細管近似

                                                                                                                                                                      対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                                      物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                                      Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                                      103

                                                                                                                                                                      対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                      非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                                      大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                                      中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                                      Fan (2001a)104

                                                                                                                                                                      対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                                      しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                                      細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                                      したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                      105

                                                                                                                                                                      浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                                      光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                                      的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                                      対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                                      Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                                      光球付近での減速機構

                                                                                                                                                                      光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                                      Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                                      Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                                      Magara (2001)

                                                                                                                                                                      107

                                                                                                                                                                      本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                      上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                      しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                      対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                      しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                      したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                      108

                                                                                                                                                                      本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                      そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                      対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                      典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                      典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                      本研究の目的

                                                                                                                                                                      減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                      2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                      典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                      典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                      数値モデル

                                                                                                                                                                      初期条件

                                                                                                                                                                      xH-400 0 400

                                                                                                                                                                      zH

                                                                                                                                                                      200

                                                                                                                                                                      100

                                                                                                                                                                      -200

                                                                                                                                                                      -100

                                                                                                                                                                      NX timesNZ

                                                                                                                                                                      =1536times1920

                                                                                                                                                                      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                      磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                      磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                      光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                      111

                                                                                                                                                                      LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                      LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                      数値モデル (22)

                                                                                                                                                                      対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                      無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                      速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                      時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                      密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                      圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                      温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                      磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                      数値モデル (23)

                                                                                                                                                                      初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                      磁場BX

                                                                                                                                                                      密度ρ

                                                                                                                                                                      圧力 p

                                                                                                                                                                      温度 T

                                                                                                                                                                      対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                      113

                                                                                                                                                                      数値モデル (24)

                                                                                                                                                                      境界条件

                                                                                                                                                                      -400 0 400

                                                                                                                                                                      200

                                                                                                                                                                      100

                                                                                                                                                                      -200

                                                                                                                                                                      -100

                                                                                                                                                                      周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                      減衰領域

                                                                                                                                                                      x H0

                                                                                                                                                                      z H0

                                                                                                                                                                      114

                                                                                                                                                                      数値モデル (14)

                                                                                                                                                                      初期条件

                                                                                                                                                                      x H0

                                                                                                                                                                      -400 0 400

                                                                                                                                                                      z H0

                                                                                                                                                                      200

                                                                                                                                                                      100

                                                                                                                                                                      -200

                                                                                                                                                                      -100

                                                                                                                                                                      NZ=1920

                                                                                                                                                                      NX=1536

                                                                                                                                                                      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                      width D

                                                                                                                                                                      z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                      115

                                                                                                                                                                      減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                      116

                                                                                                                                                                      減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                      磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                      シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                      磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                      磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                      減速

                                                                                                                                                                      117

                                                                                                                                                                      光球付近における減速

                                                                                                                                                                      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                      磁場

                                                                                                                                                                      密度差

                                                                                                                                                                      磁場

                                                                                                                                                                      密度差密度差

                                                                                                                                                                      磁場

                                                                                                                                                                      118

                                                                                                                                                                      5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                      119

                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                      磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                      総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                      を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                      総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                      磁場強度 BX

                                                                                                                                                                      120

                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                      2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                      点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                      121

                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                      減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                      122

                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                      2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                      123

                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                      2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                      124

                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                      times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                      125

                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                      密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                      対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                      EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                      127

                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                      times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                      軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                      減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                      129

                                                                                                                                                                      断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                      減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                      130

                                                                                                                                                                      Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                      Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                      observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                      2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                      3D simulations131

                                                                                                                                                                      Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                      Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                      force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                      that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                      132

                                                                                                                                                                      Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                      Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                      persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                      133

                                                                                                                                                                      Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                      Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                      gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                      Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                      zzz pF BJg

                                                                                                                                                                      134

                                                                                                                                                                      Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                      135

                                                                                                                                                                      Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                      Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                      magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                       rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                       rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                       rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                      Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                      136

                                                                                                                                                                      3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                      137

                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                      138

                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                      twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                      139

                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                      emerged

                                                                                                                                                                      q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                      q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                      140

                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                      Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                      141

                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                      142

                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                      Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                      Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                      Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                      Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                      Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                      Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                      Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                      plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                      at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                      143

                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                      on the initial twist q

                                                                                                                                                                      q large direct emergence

                                                                                                                                                                        Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                        Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                      144

                                                                                                                                                                      dVB

                                                                                                                                                                      E corona

                                                                                                                                                                      2

                                                                                                                                                                      mag 8

                                                                                                                                                                      Setup and Results

                                                                                                                                                                      Conditions

                                                                                                                                                                      q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                      145

                                                                                                                                                                      Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                      Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                      Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                      Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                      Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                      Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                      Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                      Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                      セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                      結果 (x=0)

                                                                                                                                                                      146

                                                                                                                                                                      セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                      結果 (y=0)

                                                                                                                                                                      147

                                                                                                                                                                      • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                      • 内容
                                                                                                                                                                      • 内容 (2)
                                                                                                                                                                      • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                      • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                      • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                      • 本研究の目的
                                                                                                                                                                      • 内容 (3)
                                                                                                                                                                      • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                      • 内容 (4)
                                                                                                                                                                      • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                      • Slide 16
                                                                                                                                                                      • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                      • パラメータ研究
                                                                                                                                                                      • 内容 (5)
                                                                                                                                                                      • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                      • Slide 21
                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                      • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                      • 内容 (6)
                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                      • 内容 (7)
                                                                                                                                                                      • まとめ
                                                                                                                                                                      • 今後の課題
                                                                                                                                                                      • Fin
                                                                                                                                                                      • 1 Introduction
                                                                                                                                                                      • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                      • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                      • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                      • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                      • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                      • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                      • Parameter Study
                                                                                                                                                                      • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                      • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                      • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                      • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                      • Parameter Survey
                                                                                                                                                                      • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                      • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                      • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                      • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                      • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                      • Slide 59
                                                                                                                                                                      • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                      • Slide 61
                                                                                                                                                                      • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                      • Slide 63
                                                                                                                                                                      • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                      • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                      • Slide 66
                                                                                                                                                                      • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                      • Setup
                                                                                                                                                                      • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                      • Appendix
                                                                                                                                                                      • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                      • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                      • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                      • Slide 74
                                                                                                                                                                      • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                      • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                      • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                      • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                      • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                      • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                      • Observation
                                                                                                                                                                      • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                      • Results
                                                                                                                                                                      • Results (2)
                                                                                                                                                                      • Results (3)
                                                                                                                                                                      • Results (4)
                                                                                                                                                                      • Results (5)
                                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                      • Observation (2)
                                                                                                                                                                      • イントロダクション
                                                                                                                                                                      • 数値モデル
                                                                                                                                                                      • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                      • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                      • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                      • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                      • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                      • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                      • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                      • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                      • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                      • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                      • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                      • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                      • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                      • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                      • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                      • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                      • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                      • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                      • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                      • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                      • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                      • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                      • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                      • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                      • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                      • Setup and Results
                                                                                                                                                                      • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                      • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                        Results qH0=005 (failed)

                                                                                                                                                                        84

                                                                                                                                                                        Results

                                                                                                                                                                        Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                                                                        85

                                                                                                                                                                        q large

                                                                                                                                                                        q small

                                                                                                                                                                        Results

                                                                                                                                                                        Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                                                                        86

                                                                                                                                                                        Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                                                                        Results

                                                                                                                                                                        Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                                                                        87

                                                                                                                                                                        Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                                                                        Results

                                                                                                                                                                        Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                                        q large obeys the initial

                                                                                                                                                                        q2 law because the tube

                                                                                                                                                                        keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                                                                        because it takes more time

                                                                                                                                                                        to emerge to the corona

                                                                                                                                                                        and Emag is stored in the

                                                                                                                                                                        photospheric tongue 88

                                                                                                                                                                        dVB

                                                                                                                                                                        Ez

                                                                                                                                                                        0

                                                                                                                                                                        2

                                                                                                                                                                        mag 8

                                                                                                                                                                        Results

                                                                                                                                                                        Cross-section when

                                                                                                                                                                        the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                                        89

                                                                                                                                                                        Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                        Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                                        90

                                                                                                                                                                        Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                        Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                                                                        91

                                                                                                                                                                        Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                        Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                                        92

                                                                                                                                                                        Observation

                                                                                                                                                                        Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                                                        decelerates and

                                                                                                                                                                        expands horizontally

                                                                                                                                                                        Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                                                        イントロダクション

                                                                                                                                                                        ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                                                        考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                                                        (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                                                        94

                                                                                                                                                                        数値モデル

                                                                                                                                                                        初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                                                        ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                                                        磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                                                        磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                                                          と表すこのとき force balance

                                                                                                                                                                         が保たれるよう

                                                                                                                                                                         とする

                                                                                                                                                                        rqrBrB x

                                                                                                                                                                        2

                                                                                                                                                                        tube

                                                                                                                                                                        2

                                                                                                                                                                        tube expR

                                                                                                                                                                        rBrBx

                                                                                                                                                                        r

                                                                                                                                                                        BBB

                                                                                                                                                                        dr

                                                                                                                                                                        d

                                                                                                                                                                        dr

                                                                                                                                                                        dp x

                                                                                                                                                                        48

                                                                                                                                                                        222

                                                                                                                                                                        exc

                                                                                                                                                                        222

                                                                                                                                                                        tube2exc 1

                                                                                                                                                                        28

                                                                                                                                                                        1xBr

                                                                                                                                                                        Rqp

                                                                                                                                                                        rpzpzyp excsi

                                                                                                                                                                        B

                                                                                                                                                                        x

                                                                                                                                                                        r

                                                                                                                                                                        B

                                                                                                                                                                        BX

                                                                                                                                                                        2πr

                                                                                                                                                                        95

                                                                                                                                                                        議論とまとめ

                                                                                                                                                                        結果の比較

                                                                                                                                                                        物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                                                        初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                                                        総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                                                        初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                                                        磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                                                        初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                                                        1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                                                        減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                                                        96

                                                                                                                                                                        断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                                                        議論とまとめ

                                                                                                                                                                        3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                                                        軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                                                        総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                                                        考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                                                        倍 )

                                                                                                                                                                        将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                                                        97

                                                                                                                                                                        1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                                                        太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                                                        太陽と磁場

                                                                                                                                                                        Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                                                        98

                                                                                                                                                                        活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                        活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                                                        磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                                                        太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                                                        Zwaan (1985)

                                                                                                                                                                        Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                                                        99

                                                                                                                                                                        磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                                        磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                                        る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                                        Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                                        内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                                        外圧 Pe

                                                                                                                                                                        ggf ieb )(

                                                                                                                                                                        100

                                                                                                                                                                        活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                        AR 10926

                                                                                                                                                                        101

                                                                                                                                                                        磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                                        磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                        102

                                                                                                                                                                        対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                        ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                                        た 細管近似

                                                                                                                                                                        対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                                        物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                                        Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                                        103

                                                                                                                                                                        対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                        非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                                        大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                                        中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                                        Fan (2001a)104

                                                                                                                                                                        対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                                        しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                                        細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                                        したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                        105

                                                                                                                                                                        浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                                        光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                                        的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                                        対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                                        Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                                        光球付近での減速機構

                                                                                                                                                                        光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                                        Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                                        Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                                        Magara (2001)

                                                                                                                                                                        107

                                                                                                                                                                        本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                        上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                        しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                        対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                        しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                        したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                        108

                                                                                                                                                                        本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                        そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                        対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                        典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                        典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                        本研究の目的

                                                                                                                                                                        減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                        2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                        典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                        典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                        数値モデル

                                                                                                                                                                        初期条件

                                                                                                                                                                        xH-400 0 400

                                                                                                                                                                        zH

                                                                                                                                                                        200

                                                                                                                                                                        100

                                                                                                                                                                        -200

                                                                                                                                                                        -100

                                                                                                                                                                        NX timesNZ

                                                                                                                                                                        =1536times1920

                                                                                                                                                                        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                        磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                        磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                        光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                        111

                                                                                                                                                                        LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                        LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                        数値モデル (22)

                                                                                                                                                                        対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                        無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                        速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                        時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                        密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                        圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                        温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                        磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                        数値モデル (23)

                                                                                                                                                                        初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                        磁場BX

                                                                                                                                                                        密度ρ

                                                                                                                                                                        圧力 p

                                                                                                                                                                        温度 T

                                                                                                                                                                        対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                        113

                                                                                                                                                                        数値モデル (24)

                                                                                                                                                                        境界条件

                                                                                                                                                                        -400 0 400

                                                                                                                                                                        200

                                                                                                                                                                        100

                                                                                                                                                                        -200

                                                                                                                                                                        -100

                                                                                                                                                                        周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                        減衰領域

                                                                                                                                                                        x H0

                                                                                                                                                                        z H0

                                                                                                                                                                        114

                                                                                                                                                                        数値モデル (14)

                                                                                                                                                                        初期条件

                                                                                                                                                                        x H0

                                                                                                                                                                        -400 0 400

                                                                                                                                                                        z H0

                                                                                                                                                                        200

                                                                                                                                                                        100

                                                                                                                                                                        -200

                                                                                                                                                                        -100

                                                                                                                                                                        NZ=1920

                                                                                                                                                                        NX=1536

                                                                                                                                                                        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                        width D

                                                                                                                                                                        z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                        115

                                                                                                                                                                        減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                        116

                                                                                                                                                                        減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                        磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                        シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                        磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                        磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                        減速

                                                                                                                                                                        117

                                                                                                                                                                        光球付近における減速

                                                                                                                                                                        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                        磁場

                                                                                                                                                                        密度差

                                                                                                                                                                        磁場

                                                                                                                                                                        密度差密度差

                                                                                                                                                                        磁場

                                                                                                                                                                        118

                                                                                                                                                                        5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                        119

                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                        磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                        総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                        を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                        総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                        磁場強度 BX

                                                                                                                                                                        120

                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                        2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                        点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                        121

                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                        減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                        122

                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                        2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                        123

                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                        2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                        124

                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                        times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                        125

                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                        密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                        対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                        EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                        127

                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                        times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                        軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                        減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                        129

                                                                                                                                                                        断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                        減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                        130

                                                                                                                                                                        Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                        Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                        observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                        2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                        3D simulations131

                                                                                                                                                                        Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                        Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                        force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                        that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                        132

                                                                                                                                                                        Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                        Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                        persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                        133

                                                                                                                                                                        Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                        Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                        gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                        Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                        zzz pF BJg

                                                                                                                                                                        134

                                                                                                                                                                        Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                        135

                                                                                                                                                                        Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                        Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                        magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                         rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                         rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                         rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                        Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                        136

                                                                                                                                                                        3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                        137

                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                        138

                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                        twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                        139

                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                        emerged

                                                                                                                                                                        q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                        q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                        140

                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                        Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                        141

                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                        142

                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                        Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                        Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                        Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                        Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                        Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                        Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                        Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                        plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                        at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                        143

                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                        on the initial twist q

                                                                                                                                                                        q large direct emergence

                                                                                                                                                                          Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                          Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                        144

                                                                                                                                                                        dVB

                                                                                                                                                                        E corona

                                                                                                                                                                        2

                                                                                                                                                                        mag 8

                                                                                                                                                                        Setup and Results

                                                                                                                                                                        Conditions

                                                                                                                                                                        q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                        145

                                                                                                                                                                        Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                        Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                        Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                        Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                        Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                        Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                        Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                        Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                        セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                        結果 (x=0)

                                                                                                                                                                        146

                                                                                                                                                                        セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                        結果 (y=0)

                                                                                                                                                                        147

                                                                                                                                                                        • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                        • 内容
                                                                                                                                                                        • 内容 (2)
                                                                                                                                                                        • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                        • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                        • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                        • 本研究の目的
                                                                                                                                                                        • 内容 (3)
                                                                                                                                                                        • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                        • 内容 (4)
                                                                                                                                                                        • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                        • Slide 16
                                                                                                                                                                        • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                        • パラメータ研究
                                                                                                                                                                        • 内容 (5)
                                                                                                                                                                        • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                        • Slide 21
                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                        • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                        • 内容 (6)
                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                        • 内容 (7)
                                                                                                                                                                        • まとめ
                                                                                                                                                                        • 今後の課題
                                                                                                                                                                        • Fin
                                                                                                                                                                        • 1 Introduction
                                                                                                                                                                        • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                        • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                        • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                        • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                        • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                        • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                        • Parameter Study
                                                                                                                                                                        • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                        • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                        • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                        • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                        • Parameter Survey
                                                                                                                                                                        • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                        • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                        • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                        • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                        • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                        • Slide 59
                                                                                                                                                                        • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                        • Slide 61
                                                                                                                                                                        • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                        • Slide 63
                                                                                                                                                                        • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                        • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                        • Slide 66
                                                                                                                                                                        • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                        • Setup
                                                                                                                                                                        • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                        • Appendix
                                                                                                                                                                        • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                        • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                        • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                        • Slide 74
                                                                                                                                                                        • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                        • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                        • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                        • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                        • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                        • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                        • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                        • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                        • Observation
                                                                                                                                                                        • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                        • Results
                                                                                                                                                                        • Results (2)
                                                                                                                                                                        • Results (3)
                                                                                                                                                                        • Results (4)
                                                                                                                                                                        • Results (5)
                                                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                        • Observation (2)
                                                                                                                                                                        • イントロダクション
                                                                                                                                                                        • 数値モデル
                                                                                                                                                                        • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                        • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                        • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                        • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                        • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                        • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                        • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                        • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                        • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                        • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                        • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                        • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                        • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                        • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                        • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                        • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                        • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                        • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                        • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                        • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                        • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                        • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                        • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                        • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                        • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                        • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                        • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                        • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                        • Setup and Results
                                                                                                                                                                        • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                        • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                          Results

                                                                                                                                                                          Parameter Survey on the Initial Twist qH0 (=05-005) q large rapid two-step q middle slow two-step q small failed

                                                                                                                                                                          85

                                                                                                                                                                          q large

                                                                                                                                                                          q small

                                                                                                                                                                          Results

                                                                                                                                                                          Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                                                                          86

                                                                                                                                                                          Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                                                                          Results

                                                                                                                                                                          Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                                                                          87

                                                                                                                                                                          Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                                                                          Results

                                                                                                                                                                          Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                                          q large obeys the initial

                                                                                                                                                                          q2 law because the tube

                                                                                                                                                                          keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                                                                          because it takes more time

                                                                                                                                                                          to emerge to the corona

                                                                                                                                                                          and Emag is stored in the

                                                                                                                                                                          photospheric tongue 88

                                                                                                                                                                          dVB

                                                                                                                                                                          Ez

                                                                                                                                                                          0

                                                                                                                                                                          2

                                                                                                                                                                          mag 8

                                                                                                                                                                          Results

                                                                                                                                                                          Cross-section when

                                                                                                                                                                          the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                                          89

                                                                                                                                                                          Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                          Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                                          90

                                                                                                                                                                          Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                          Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                                                                          91

                                                                                                                                                                          Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                          Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                                          92

                                                                                                                                                                          Observation

                                                                                                                                                                          Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                                                          decelerates and

                                                                                                                                                                          expands horizontally

                                                                                                                                                                          Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                                                          イントロダクション

                                                                                                                                                                          ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                                                          考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                                                          (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                                                          94

                                                                                                                                                                          数値モデル

                                                                                                                                                                          初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                                                          ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                                                          磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                                                          磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                                                            と表すこのとき force balance

                                                                                                                                                                           が保たれるよう

                                                                                                                                                                           とする

                                                                                                                                                                          rqrBrB x

                                                                                                                                                                          2

                                                                                                                                                                          tube

                                                                                                                                                                          2

                                                                                                                                                                          tube expR

                                                                                                                                                                          rBrBx

                                                                                                                                                                          r

                                                                                                                                                                          BBB

                                                                                                                                                                          dr

                                                                                                                                                                          d

                                                                                                                                                                          dr

                                                                                                                                                                          dp x

                                                                                                                                                                          48

                                                                                                                                                                          222

                                                                                                                                                                          exc

                                                                                                                                                                          222

                                                                                                                                                                          tube2exc 1

                                                                                                                                                                          28

                                                                                                                                                                          1xBr

                                                                                                                                                                          Rqp

                                                                                                                                                                          rpzpzyp excsi

                                                                                                                                                                          B

                                                                                                                                                                          x

                                                                                                                                                                          r

                                                                                                                                                                          B

                                                                                                                                                                          BX

                                                                                                                                                                          2πr

                                                                                                                                                                          95

                                                                                                                                                                          議論とまとめ

                                                                                                                                                                          結果の比較

                                                                                                                                                                          物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                                                          初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                                                          総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                                                          初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                                                          磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                                                          初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                                                          1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                                                          減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                                                          96

                                                                                                                                                                          断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                                                          議論とまとめ

                                                                                                                                                                          3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                                                          軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                                                          総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                                                          考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                                                          倍 )

                                                                                                                                                                          将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                                                          97

                                                                                                                                                                          1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                                                          太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                                                          太陽と磁場

                                                                                                                                                                          Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                                                          98

                                                                                                                                                                          活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                          活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                                                          磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                                                          太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                                                          Zwaan (1985)

                                                                                                                                                                          Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                                                          99

                                                                                                                                                                          磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                                          磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                                          る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                                          Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                                          内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                                          外圧 Pe

                                                                                                                                                                          ggf ieb )(

                                                                                                                                                                          100

                                                                                                                                                                          活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                          AR 10926

                                                                                                                                                                          101

                                                                                                                                                                          磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                                          磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                          102

                                                                                                                                                                          対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                          ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                                          た 細管近似

                                                                                                                                                                          対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                                          物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                                          Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                                          103

                                                                                                                                                                          対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                          非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                                          大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                                          中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                                          Fan (2001a)104

                                                                                                                                                                          対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                                          しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                                          細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                                          したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                          105

                                                                                                                                                                          浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                                          光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                                          的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                                          対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                                          Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                                          光球付近での減速機構

                                                                                                                                                                          光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                                          Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                                          Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                                          Magara (2001)

                                                                                                                                                                          107

                                                                                                                                                                          本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                          上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                          しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                          対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                          しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                          したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                          108

                                                                                                                                                                          本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                          そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                          対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                          典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                          典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                          本研究の目的

                                                                                                                                                                          減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                          2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                          典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                          典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                          数値モデル

                                                                                                                                                                          初期条件

                                                                                                                                                                          xH-400 0 400

                                                                                                                                                                          zH

                                                                                                                                                                          200

                                                                                                                                                                          100

                                                                                                                                                                          -200

                                                                                                                                                                          -100

                                                                                                                                                                          NX timesNZ

                                                                                                                                                                          =1536times1920

                                                                                                                                                                          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                          磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                          磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                          光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                          111

                                                                                                                                                                          LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                          LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                          数値モデル (22)

                                                                                                                                                                          対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                          無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                          速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                          時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                          密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                          圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                          温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                          磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                          数値モデル (23)

                                                                                                                                                                          初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                          磁場BX

                                                                                                                                                                          密度ρ

                                                                                                                                                                          圧力 p

                                                                                                                                                                          温度 T

                                                                                                                                                                          対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                          113

                                                                                                                                                                          数値モデル (24)

                                                                                                                                                                          境界条件

                                                                                                                                                                          -400 0 400

                                                                                                                                                                          200

                                                                                                                                                                          100

                                                                                                                                                                          -200

                                                                                                                                                                          -100

                                                                                                                                                                          周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                          減衰領域

                                                                                                                                                                          x H0

                                                                                                                                                                          z H0

                                                                                                                                                                          114

                                                                                                                                                                          数値モデル (14)

                                                                                                                                                                          初期条件

                                                                                                                                                                          x H0

                                                                                                                                                                          -400 0 400

                                                                                                                                                                          z H0

                                                                                                                                                                          200

                                                                                                                                                                          100

                                                                                                                                                                          -200

                                                                                                                                                                          -100

                                                                                                                                                                          NZ=1920

                                                                                                                                                                          NX=1536

                                                                                                                                                                          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                          width D

                                                                                                                                                                          z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                          115

                                                                                                                                                                          減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                          116

                                                                                                                                                                          減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                          磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                          シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                          磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                          磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                          減速

                                                                                                                                                                          117

                                                                                                                                                                          光球付近における減速

                                                                                                                                                                          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                          磁場

                                                                                                                                                                          密度差

                                                                                                                                                                          磁場

                                                                                                                                                                          密度差密度差

                                                                                                                                                                          磁場

                                                                                                                                                                          118

                                                                                                                                                                          5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                          119

                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                          磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                          総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                          を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                          総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                          磁場強度 BX

                                                                                                                                                                          120

                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                          2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                          点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                          121

                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                          減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                          122

                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                          2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                          123

                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                          2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                          124

                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                          times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                          125

                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                          密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                          対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                          EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                          127

                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                          times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                          軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                          減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                          129

                                                                                                                                                                          断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                          減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                          130

                                                                                                                                                                          Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                          Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                          observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                          2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                          3D simulations131

                                                                                                                                                                          Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                          Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                          force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                          that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                          132

                                                                                                                                                                          Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                          Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                          persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                          133

                                                                                                                                                                          Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                          Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                          gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                          Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                          zzz pF BJg

                                                                                                                                                                          134

                                                                                                                                                                          Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                          135

                                                                                                                                                                          Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                          Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                          magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                           rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                           rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                           rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                          Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                          136

                                                                                                                                                                          3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                          137

                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                          138

                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                          twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                          139

                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                          emerged

                                                                                                                                                                          q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                          q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                          140

                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                          Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                          141

                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                          142

                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                          Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                          Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                          Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                          Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                          Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                          Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                          Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                          plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                          at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                          143

                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                          on the initial twist q

                                                                                                                                                                          q large direct emergence

                                                                                                                                                                            Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                            Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                          144

                                                                                                                                                                          dVB

                                                                                                                                                                          E corona

                                                                                                                                                                          2

                                                                                                                                                                          mag 8

                                                                                                                                                                          Setup and Results

                                                                                                                                                                          Conditions

                                                                                                                                                                          q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                          145

                                                                                                                                                                          Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                          Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                          Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                          Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                          Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                          Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                          Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                          Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                          セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                          結果 (x=0)

                                                                                                                                                                          146

                                                                                                                                                                          セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                          結果 (y=0)

                                                                                                                                                                          147

                                                                                                                                                                          • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                          • 内容
                                                                                                                                                                          • 内容 (2)
                                                                                                                                                                          • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                          • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                          • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                          • 本研究の目的
                                                                                                                                                                          • 内容 (3)
                                                                                                                                                                          • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                          • 内容 (4)
                                                                                                                                                                          • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                          • Slide 16
                                                                                                                                                                          • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                          • パラメータ研究
                                                                                                                                                                          • 内容 (5)
                                                                                                                                                                          • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                          • Slide 21
                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                          • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                          • 内容 (6)
                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                          • 内容 (7)
                                                                                                                                                                          • まとめ
                                                                                                                                                                          • 今後の課題
                                                                                                                                                                          • Fin
                                                                                                                                                                          • 1 Introduction
                                                                                                                                                                          • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                          • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                          • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                          • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                          • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                          • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                          • Parameter Study
                                                                                                                                                                          • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                          • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                          • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                          • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                          • Parameter Survey
                                                                                                                                                                          • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                          • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                          • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                          • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                          • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                          • Slide 59
                                                                                                                                                                          • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                          • Slide 61
                                                                                                                                                                          • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                          • Slide 63
                                                                                                                                                                          • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                          • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                          • Slide 66
                                                                                                                                                                          • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                          • Setup
                                                                                                                                                                          • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                          • Appendix
                                                                                                                                                                          • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                          • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                          • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                          • Slide 74
                                                                                                                                                                          • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                          • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                          • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                          • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                          • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                          • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                          • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                          • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                          • Observation
                                                                                                                                                                          • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                          • Results
                                                                                                                                                                          • Results (2)
                                                                                                                                                                          • Results (3)
                                                                                                                                                                          • Results (4)
                                                                                                                                                                          • Results (5)
                                                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                          • Observation (2)
                                                                                                                                                                          • イントロダクション
                                                                                                                                                                          • 数値モデル
                                                                                                                                                                          • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                          • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                          • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                          • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                          • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                          • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                          • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                          • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                          • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                          • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                          • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                          • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                          • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                          • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                          • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                          • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                          • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                          • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                          • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                          • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                          • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                          • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                          • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                          • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                          • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                          • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                          • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                          • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                          • Setup and Results
                                                                                                                                                                          • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                          • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                            Results

                                                                                                                                                                            Photospheric Tongue Horizontal force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Magnetic tension keeps its coherency if q is strong

                                                                                                                                                                            86

                                                                                                                                                                            Solid total Dotted gas pressure gradientDashed magnetic pressure gradient Dash-dotted magnetic tension

                                                                                                                                                                            Results

                                                                                                                                                                            Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                                                                            87

                                                                                                                                                                            Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                                                                            Results

                                                                                                                                                                            Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                                            q large obeys the initial

                                                                                                                                                                            q2 law because the tube

                                                                                                                                                                            keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                                                                            because it takes more time

                                                                                                                                                                            to emerge to the corona

                                                                                                                                                                            and Emag is stored in the

                                                                                                                                                                            photospheric tongue 88

                                                                                                                                                                            dVB

                                                                                                                                                                            Ez

                                                                                                                                                                            0

                                                                                                                                                                            2

                                                                                                                                                                            mag 8

                                                                                                                                                                            Results

                                                                                                                                                                            Cross-section when

                                                                                                                                                                            the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                                            89

                                                                                                                                                                            Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                            Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                                            90

                                                                                                                                                                            Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                            Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                                                                            91

                                                                                                                                                                            Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                            Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                                            92

                                                                                                                                                                            Observation

                                                                                                                                                                            Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                                                            decelerates and

                                                                                                                                                                            expands horizontally

                                                                                                                                                                            Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                                                            イントロダクション

                                                                                                                                                                            ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                                                            考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                                                            (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                                                            94

                                                                                                                                                                            数値モデル

                                                                                                                                                                            初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                                                            ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                                                            磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                                                            磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                                                              と表すこのとき force balance

                                                                                                                                                                             が保たれるよう

                                                                                                                                                                             とする

                                                                                                                                                                            rqrBrB x

                                                                                                                                                                            2

                                                                                                                                                                            tube

                                                                                                                                                                            2

                                                                                                                                                                            tube expR

                                                                                                                                                                            rBrBx

                                                                                                                                                                            r

                                                                                                                                                                            BBB

                                                                                                                                                                            dr

                                                                                                                                                                            d

                                                                                                                                                                            dr

                                                                                                                                                                            dp x

                                                                                                                                                                            48

                                                                                                                                                                            222

                                                                                                                                                                            exc

                                                                                                                                                                            222

                                                                                                                                                                            tube2exc 1

                                                                                                                                                                            28

                                                                                                                                                                            1xBr

                                                                                                                                                                            Rqp

                                                                                                                                                                            rpzpzyp excsi

                                                                                                                                                                            B

                                                                                                                                                                            x

                                                                                                                                                                            r

                                                                                                                                                                            B

                                                                                                                                                                            BX

                                                                                                                                                                            2πr

                                                                                                                                                                            95

                                                                                                                                                                            議論とまとめ

                                                                                                                                                                            結果の比較

                                                                                                                                                                            物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                                                            初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                                                            総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                                                            初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                                                            磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                                                            初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                                                            1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                                                            減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                                                            96

                                                                                                                                                                            断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                                                            議論とまとめ

                                                                                                                                                                            3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                                                            軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                                                            総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                                                            考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                                                            倍 )

                                                                                                                                                                            将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                                                            97

                                                                                                                                                                            1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                                                            太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                                                            太陽と磁場

                                                                                                                                                                            Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                                                            98

                                                                                                                                                                            活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                            活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                                                            磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                                                            太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                                                            Zwaan (1985)

                                                                                                                                                                            Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                                                            99

                                                                                                                                                                            磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                                            磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                                            る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                                            Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                                            内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                                            外圧 Pe

                                                                                                                                                                            ggf ieb )(

                                                                                                                                                                            100

                                                                                                                                                                            活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                            AR 10926

                                                                                                                                                                            101

                                                                                                                                                                            磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                                            磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                            102

                                                                                                                                                                            対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                            ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                                            た 細管近似

                                                                                                                                                                            対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                                            物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                                            Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                                            103

                                                                                                                                                                            対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                            非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                                            大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                                            中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                                            Fan (2001a)104

                                                                                                                                                                            対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                                            しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                                            細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                                            したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                            105

                                                                                                                                                                            浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                                            光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                                            的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                                            対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                                            Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                                            光球付近での減速機構

                                                                                                                                                                            光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                                            Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                                            Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                                            Magara (2001)

                                                                                                                                                                            107

                                                                                                                                                                            本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                            上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                            しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                            対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                            しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                            したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                            108

                                                                                                                                                                            本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                            そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                            対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                            典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                            典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                            本研究の目的

                                                                                                                                                                            減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                            2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                            典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                            典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                            数値モデル

                                                                                                                                                                            初期条件

                                                                                                                                                                            xH-400 0 400

                                                                                                                                                                            zH

                                                                                                                                                                            200

                                                                                                                                                                            100

                                                                                                                                                                            -200

                                                                                                                                                                            -100

                                                                                                                                                                            NX timesNZ

                                                                                                                                                                            =1536times1920

                                                                                                                                                                            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                            磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                            磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                            光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                            111

                                                                                                                                                                            LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                            LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                            数値モデル (22)

                                                                                                                                                                            対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                            無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                            速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                            時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                            密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                            圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                            温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                            磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                            数値モデル (23)

                                                                                                                                                                            初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                            磁場BX

                                                                                                                                                                            密度ρ

                                                                                                                                                                            圧力 p

                                                                                                                                                                            温度 T

                                                                                                                                                                            対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                            113

                                                                                                                                                                            数値モデル (24)

                                                                                                                                                                            境界条件

                                                                                                                                                                            -400 0 400

                                                                                                                                                                            200

                                                                                                                                                                            100

                                                                                                                                                                            -200

                                                                                                                                                                            -100

                                                                                                                                                                            周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                            減衰領域

                                                                                                                                                                            x H0

                                                                                                                                                                            z H0

                                                                                                                                                                            114

                                                                                                                                                                            数値モデル (14)

                                                                                                                                                                            初期条件

                                                                                                                                                                            x H0

                                                                                                                                                                            -400 0 400

                                                                                                                                                                            z H0

                                                                                                                                                                            200

                                                                                                                                                                            100

                                                                                                                                                                            -200

                                                                                                                                                                            -100

                                                                                                                                                                            NZ=1920

                                                                                                                                                                            NX=1536

                                                                                                                                                                            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                            width D

                                                                                                                                                                            z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                            115

                                                                                                                                                                            減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                            116

                                                                                                                                                                            減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                            磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                            シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                            磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                            磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                            減速

                                                                                                                                                                            117

                                                                                                                                                                            光球付近における減速

                                                                                                                                                                            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                            磁場

                                                                                                                                                                            密度差

                                                                                                                                                                            磁場

                                                                                                                                                                            密度差密度差

                                                                                                                                                                            磁場

                                                                                                                                                                            118

                                                                                                                                                                            5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                            119

                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                            磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                            総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                            を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                            総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                            磁場強度 BX

                                                                                                                                                                            120

                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                            2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                            点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                            121

                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                            減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                            122

                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                            2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                            123

                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                            2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                            124

                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                            times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                            125

                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                            密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                            対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                            EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                            127

                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                            times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                            軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                            減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                            129

                                                                                                                                                                            断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                            減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                            130

                                                                                                                                                                            Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                            Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                            observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                            2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                            3D simulations131

                                                                                                                                                                            Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                            Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                            force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                            that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                            132

                                                                                                                                                                            Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                            Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                            persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                            133

                                                                                                                                                                            Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                            Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                            gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                            Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                            zzz pF BJg

                                                                                                                                                                            134

                                                                                                                                                                            Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                            135

                                                                                                                                                                            Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                            Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                            magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                             rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                             rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                             rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                            Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                            136

                                                                                                                                                                            3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                            137

                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                            138

                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                            twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                            139

                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                            emerged

                                                                                                                                                                            q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                            q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                            140

                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                            Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                            141

                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                            142

                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                            Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                            Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                            Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                            Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                            Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                            Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                            Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                            plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                            at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                            143

                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                            on the initial twist q

                                                                                                                                                                            q large direct emergence

                                                                                                                                                                              Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                              Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                            144

                                                                                                                                                                            dVB

                                                                                                                                                                            E corona

                                                                                                                                                                            2

                                                                                                                                                                            mag 8

                                                                                                                                                                            Setup and Results

                                                                                                                                                                            Conditions

                                                                                                                                                                            q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                            145

                                                                                                                                                                            Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                            Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                            Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                            Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                            Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                            Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                            Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                            Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                            セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                            結果 (x=0)

                                                                                                                                                                            146

                                                                                                                                                                            セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                            結果 (y=0)

                                                                                                                                                                            147

                                                                                                                                                                            • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                            • 内容
                                                                                                                                                                            • 内容 (2)
                                                                                                                                                                            • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                            • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                            • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                            • 本研究の目的
                                                                                                                                                                            • 内容 (3)
                                                                                                                                                                            • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                            • 内容 (4)
                                                                                                                                                                            • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                            • Slide 16
                                                                                                                                                                            • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                            • パラメータ研究
                                                                                                                                                                            • 内容 (5)
                                                                                                                                                                            • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                            • Slide 21
                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                            • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                            • 内容 (6)
                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                            • 内容 (7)
                                                                                                                                                                            • まとめ
                                                                                                                                                                            • 今後の課題
                                                                                                                                                                            • Fin
                                                                                                                                                                            • 1 Introduction
                                                                                                                                                                            • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                            • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                            • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                            • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                            • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                            • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                            • Parameter Study
                                                                                                                                                                            • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                            • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                            • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                            • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                            • Parameter Survey
                                                                                                                                                                            • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                            • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                            • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                            • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                            • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                            • Slide 59
                                                                                                                                                                            • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                            • Slide 61
                                                                                                                                                                            • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                            • Slide 63
                                                                                                                                                                            • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                            • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                            • Slide 66
                                                                                                                                                                            • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                            • Setup
                                                                                                                                                                            • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                            • Appendix
                                                                                                                                                                            • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                            • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                            • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                            • Slide 74
                                                                                                                                                                            • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                            • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                            • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                            • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                            • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                            • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                            • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                            • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                            • Observation
                                                                                                                                                                            • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                            • Results
                                                                                                                                                                            • Results (2)
                                                                                                                                                                            • Results (3)
                                                                                                                                                                            • Results (4)
                                                                                                                                                                            • Results (5)
                                                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                            • Observation (2)
                                                                                                                                                                            • イントロダクション
                                                                                                                                                                            • 数値モデル
                                                                                                                                                                            • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                            • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                            • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                            • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                            • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                            • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                            • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                            • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                            • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                            • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                            • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                            • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                            • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                            • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                            • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                            • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                            • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                            • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                            • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                            • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                            • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                            • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                            • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                            • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                            • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                            • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                            • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                            • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                            • Setup and Results
                                                                                                                                                                            • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                            • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                              Results

                                                                                                                                                                              Photospheric Tongue Vertical force component for qH0=04 015 and 005 at tτ0=40 Secondary emergence occurs due to magnetic pressure gradient

                                                                                                                                                                              87

                                                                                                                                                                              Solid total Dotted gas pressure gradient Dashed magnetic pressure gradientDash-dotted magnetic tension Dash-triple-dotted gravity

                                                                                                                                                                              Results

                                                                                                                                                                              Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                                              q large obeys the initial

                                                                                                                                                                              q2 law because the tube

                                                                                                                                                                              keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                                                                              because it takes more time

                                                                                                                                                                              to emerge to the corona

                                                                                                                                                                              and Emag is stored in the

                                                                                                                                                                              photospheric tongue 88

                                                                                                                                                                              dVB

                                                                                                                                                                              Ez

                                                                                                                                                                              0

                                                                                                                                                                              2

                                                                                                                                                                              mag 8

                                                                                                                                                                              Results

                                                                                                                                                                              Cross-section when

                                                                                                                                                                              the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                                              89

                                                                                                                                                                              Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                              Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                                              90

                                                                                                                                                                              Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                              Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                                                                              91

                                                                                                                                                                              Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                              Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                                              92

                                                                                                                                                                              Observation

                                                                                                                                                                              Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                                                              decelerates and

                                                                                                                                                                              expands horizontally

                                                                                                                                                                              Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                                                              イントロダクション

                                                                                                                                                                              ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                                                              考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                                                              (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                                                              94

                                                                                                                                                                              数値モデル

                                                                                                                                                                              初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                                                              ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                                                              磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                                                              磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                                                                と表すこのとき force balance

                                                                                                                                                                               が保たれるよう

                                                                                                                                                                               とする

                                                                                                                                                                              rqrBrB x

                                                                                                                                                                              2

                                                                                                                                                                              tube

                                                                                                                                                                              2

                                                                                                                                                                              tube expR

                                                                                                                                                                              rBrBx

                                                                                                                                                                              r

                                                                                                                                                                              BBB

                                                                                                                                                                              dr

                                                                                                                                                                              d

                                                                                                                                                                              dr

                                                                                                                                                                              dp x

                                                                                                                                                                              48

                                                                                                                                                                              222

                                                                                                                                                                              exc

                                                                                                                                                                              222

                                                                                                                                                                              tube2exc 1

                                                                                                                                                                              28

                                                                                                                                                                              1xBr

                                                                                                                                                                              Rqp

                                                                                                                                                                              rpzpzyp excsi

                                                                                                                                                                              B

                                                                                                                                                                              x

                                                                                                                                                                              r

                                                                                                                                                                              B

                                                                                                                                                                              BX

                                                                                                                                                                              2πr

                                                                                                                                                                              95

                                                                                                                                                                              議論とまとめ

                                                                                                                                                                              結果の比較

                                                                                                                                                                              物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                                                              初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                                                              総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                                                              初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                                                              磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                                                              初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                                                              1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                                                              減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                                                              96

                                                                                                                                                                              断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                                                              議論とまとめ

                                                                                                                                                                              3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                                                              軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                                                              総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                                                              考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                                                              倍 )

                                                                                                                                                                              将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                                                              97

                                                                                                                                                                              1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                                                              太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                                                              太陽と磁場

                                                                                                                                                                              Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                                                              98

                                                                                                                                                                              活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                              活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                                                              磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                                                              太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                                                              Zwaan (1985)

                                                                                                                                                                              Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                                                              99

                                                                                                                                                                              磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                                              磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                                              る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                                              Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                                              内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                                              外圧 Pe

                                                                                                                                                                              ggf ieb )(

                                                                                                                                                                              100

                                                                                                                                                                              活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                              AR 10926

                                                                                                                                                                              101

                                                                                                                                                                              磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                                              磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                              102

                                                                                                                                                                              対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                              ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                                              た 細管近似

                                                                                                                                                                              対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                                              物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                                              Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                                              103

                                                                                                                                                                              対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                              非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                                              大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                                              中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                                              Fan (2001a)104

                                                                                                                                                                              対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                                              しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                                              細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                                              したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                              105

                                                                                                                                                                              浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                                              光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                                              的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                                              対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                                              Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                                              光球付近での減速機構

                                                                                                                                                                              光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                                              Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                                              Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                                              Magara (2001)

                                                                                                                                                                              107

                                                                                                                                                                              本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                              上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                              しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                              対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                              しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                              したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                              108

                                                                                                                                                                              本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                              そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                              対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                              典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                              典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                              本研究の目的

                                                                                                                                                                              減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                              2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                              典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                              典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                              数値モデル

                                                                                                                                                                              初期条件

                                                                                                                                                                              xH-400 0 400

                                                                                                                                                                              zH

                                                                                                                                                                              200

                                                                                                                                                                              100

                                                                                                                                                                              -200

                                                                                                                                                                              -100

                                                                                                                                                                              NX timesNZ

                                                                                                                                                                              =1536times1920

                                                                                                                                                                              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                              磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                              磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                              光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                              111

                                                                                                                                                                              LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                              LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                              数値モデル (22)

                                                                                                                                                                              対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                              無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                              速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                              時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                              密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                              圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                              温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                              磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                              数値モデル (23)

                                                                                                                                                                              初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                              磁場BX

                                                                                                                                                                              密度ρ

                                                                                                                                                                              圧力 p

                                                                                                                                                                              温度 T

                                                                                                                                                                              対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                              113

                                                                                                                                                                              数値モデル (24)

                                                                                                                                                                              境界条件

                                                                                                                                                                              -400 0 400

                                                                                                                                                                              200

                                                                                                                                                                              100

                                                                                                                                                                              -200

                                                                                                                                                                              -100

                                                                                                                                                                              周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                              減衰領域

                                                                                                                                                                              x H0

                                                                                                                                                                              z H0

                                                                                                                                                                              114

                                                                                                                                                                              数値モデル (14)

                                                                                                                                                                              初期条件

                                                                                                                                                                              x H0

                                                                                                                                                                              -400 0 400

                                                                                                                                                                              z H0

                                                                                                                                                                              200

                                                                                                                                                                              100

                                                                                                                                                                              -200

                                                                                                                                                                              -100

                                                                                                                                                                              NZ=1920

                                                                                                                                                                              NX=1536

                                                                                                                                                                              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                              width D

                                                                                                                                                                              z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                              115

                                                                                                                                                                              減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                              磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                              116

                                                                                                                                                                              減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                              磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                              シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                              磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                              磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                              減速

                                                                                                                                                                              117

                                                                                                                                                                              光球付近における減速

                                                                                                                                                                              磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                              磁場

                                                                                                                                                                              密度差

                                                                                                                                                                              磁場

                                                                                                                                                                              密度差密度差

                                                                                                                                                                              磁場

                                                                                                                                                                              118

                                                                                                                                                                              5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                              119

                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                              磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                              総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                              を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                              総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                              磁場強度 BX

                                                                                                                                                                              120

                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                              2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                              点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                              121

                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                              減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                              122

                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                              2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                              123

                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                              2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                              124

                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                              times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                              125

                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                              密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                              対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                              EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                              127

                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                              times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                              軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                              減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                              129

                                                                                                                                                                              断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                              減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                              130

                                                                                                                                                                              Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                              Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                              observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                              2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                              3D simulations131

                                                                                                                                                                              Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                              Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                              force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                              that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                              132

                                                                                                                                                                              Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                              Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                              persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                              133

                                                                                                                                                                              Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                              Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                              gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                              Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                              zzz pF BJg

                                                                                                                                                                              134

                                                                                                                                                                              Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                              135

                                                                                                                                                                              Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                              Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                              magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                               rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                               rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                               rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                              Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                              136

                                                                                                                                                                              3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                              137

                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                              138

                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                              twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                              139

                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                              emerged

                                                                                                                                                                              q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                              q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                              140

                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                              Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                              141

                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                              142

                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                              Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                              Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                              Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                              Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                              Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                              Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                              Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                              plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                              at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                              143

                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                              on the initial twist q

                                                                                                                                                                              q large direct emergence

                                                                                                                                                                                Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                              144

                                                                                                                                                                              dVB

                                                                                                                                                                              E corona

                                                                                                                                                                              2

                                                                                                                                                                              mag 8

                                                                                                                                                                              Setup and Results

                                                                                                                                                                              Conditions

                                                                                                                                                                              q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                              145

                                                                                                                                                                              Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                              Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                              Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                              Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                              Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                              Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                              Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                              Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                              セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                              結果 (x=0)

                                                                                                                                                                              146

                                                                                                                                                                              セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                              結果 (y=0)

                                                                                                                                                                              147

                                                                                                                                                                              • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                              • 内容
                                                                                                                                                                              • 内容 (2)
                                                                                                                                                                              • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                              • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                              • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                              • 本研究の目的
                                                                                                                                                                              • 内容 (3)
                                                                                                                                                                              • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                              • 内容 (4)
                                                                                                                                                                              • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                              • Slide 16
                                                                                                                                                                              • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                              • パラメータ研究
                                                                                                                                                                              • 内容 (5)
                                                                                                                                                                              • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                              • Slide 21
                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                              • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                              • 内容 (6)
                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                              • 内容 (7)
                                                                                                                                                                              • まとめ
                                                                                                                                                                              • 今後の課題
                                                                                                                                                                              • Fin
                                                                                                                                                                              • 1 Introduction
                                                                                                                                                                              • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                              • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                              • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                              • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                              • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                              • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                              • Parameter Study
                                                                                                                                                                              • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                              • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                              • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                              • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                              • Parameter Survey
                                                                                                                                                                              • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                              • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                              • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                              • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                              • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                              • Slide 59
                                                                                                                                                                              • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                              • Slide 61
                                                                                                                                                                              • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                              • Slide 63
                                                                                                                                                                              • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                              • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                              • Slide 66
                                                                                                                                                                              • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                              • Setup
                                                                                                                                                                              • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                              • Appendix
                                                                                                                                                                              • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                              • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                              • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                              • Slide 74
                                                                                                                                                                              • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                              • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                              • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                              • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                              • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                              • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                              • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                              • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                              • Observation
                                                                                                                                                                              • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                              • Results
                                                                                                                                                                              • Results (2)
                                                                                                                                                                              • Results (3)
                                                                                                                                                                              • Results (4)
                                                                                                                                                                              • Results (5)
                                                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                              • Observation (2)
                                                                                                                                                                              • イントロダクション
                                                                                                                                                                              • 数値モデル
                                                                                                                                                                              • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                              • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                              • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                              • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                              • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                              • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                              • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                              • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                              • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                              • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                              • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                              • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                              • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                              • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                              • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                              • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                              • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                              • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                              • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                              • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                              • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                              • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                              • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                              • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                              • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                              • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                              • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                              • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                              • Setup and Results
                                                                                                                                                                              • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                              • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                Results

                                                                                                                                                                                Magnetic Energy above the Surface Magnetic energy when the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                                                q large obeys the initial

                                                                                                                                                                                q2 law because the tube

                                                                                                                                                                                keeps its coherency q small Emag increases

                                                                                                                                                                                because it takes more time

                                                                                                                                                                                to emerge to the corona

                                                                                                                                                                                and Emag is stored in the

                                                                                                                                                                                photospheric tongue 88

                                                                                                                                                                                dVB

                                                                                                                                                                                Ez

                                                                                                                                                                                0

                                                                                                                                                                                2

                                                                                                                                                                                mag 8

                                                                                                                                                                                Results

                                                                                                                                                                                Cross-section when

                                                                                                                                                                                the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                                                89

                                                                                                                                                                                Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                                Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                                                90

                                                                                                                                                                                Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                                Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                                                                                91

                                                                                                                                                                                Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                                Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                                                92

                                                                                                                                                                                Observation

                                                                                                                                                                                Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                                                                decelerates and

                                                                                                                                                                                expands horizontally

                                                                                                                                                                                Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                                                                イントロダクション

                                                                                                                                                                                ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                                                                考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                                                                (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                                                                94

                                                                                                                                                                                数値モデル

                                                                                                                                                                                初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                                                                ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                                                                磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                                                                磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                                                                  と表すこのとき force balance

                                                                                                                                                                                 が保たれるよう

                                                                                                                                                                                 とする

                                                                                                                                                                                rqrBrB x

                                                                                                                                                                                2

                                                                                                                                                                                tube

                                                                                                                                                                                2

                                                                                                                                                                                tube expR

                                                                                                                                                                                rBrBx

                                                                                                                                                                                r

                                                                                                                                                                                BBB

                                                                                                                                                                                dr

                                                                                                                                                                                d

                                                                                                                                                                                dr

                                                                                                                                                                                dp x

                                                                                                                                                                                48

                                                                                                                                                                                222

                                                                                                                                                                                exc

                                                                                                                                                                                222

                                                                                                                                                                                tube2exc 1

                                                                                                                                                                                28

                                                                                                                                                                                1xBr

                                                                                                                                                                                Rqp

                                                                                                                                                                                rpzpzyp excsi

                                                                                                                                                                                B

                                                                                                                                                                                x

                                                                                                                                                                                r

                                                                                                                                                                                B

                                                                                                                                                                                BX

                                                                                                                                                                                2πr

                                                                                                                                                                                95

                                                                                                                                                                                議論とまとめ

                                                                                                                                                                                結果の比較

                                                                                                                                                                                物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                                                                初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                                                                総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                                                                初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                                                                磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                                                                初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                                                                1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                                                                減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                                                                96

                                                                                                                                                                                断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                                                                議論とまとめ

                                                                                                                                                                                3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                                                                軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                                                                総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                                                                考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                                                                倍 )

                                                                                                                                                                                将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                                                                97

                                                                                                                                                                                1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                                                                太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                                                                太陽と磁場

                                                                                                                                                                                Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                                                                98

                                                                                                                                                                                活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                                活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                                                                磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                                                                太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                                                                Zwaan (1985)

                                                                                                                                                                                Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                                                                99

                                                                                                                                                                                磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                                                磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                                                る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                                                Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                                                内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                                                外圧 Pe

                                                                                                                                                                                ggf ieb )(

                                                                                                                                                                                100

                                                                                                                                                                                活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                                AR 10926

                                                                                                                                                                                101

                                                                                                                                                                                磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                                                磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                102

                                                                                                                                                                                対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                                                た 細管近似

                                                                                                                                                                                対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                                                物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                                                Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                                                103

                                                                                                                                                                                対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                                                大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                                                中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                                                Fan (2001a)104

                                                                                                                                                                                対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                                                しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                                                細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                                                したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                105

                                                                                                                                                                                浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                                                光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                                                的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                                                対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                                                Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                                                光球付近での減速機構

                                                                                                                                                                                光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                                                Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                                                Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                                                Magara (2001)

                                                                                                                                                                                107

                                                                                                                                                                                本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                                上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                                しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                                対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                                しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                                したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                108

                                                                                                                                                                                本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                                そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                                対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                                典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                                本研究の目的

                                                                                                                                                                                減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                                2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                                典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                                数値モデル

                                                                                                                                                                                初期条件

                                                                                                                                                                                xH-400 0 400

                                                                                                                                                                                zH

                                                                                                                                                                                200

                                                                                                                                                                                100

                                                                                                                                                                                -200

                                                                                                                                                                                -100

                                                                                                                                                                                NX timesNZ

                                                                                                                                                                                =1536times1920

                                                                                                                                                                                BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                                磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                                磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                                光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                                111

                                                                                                                                                                                LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                                LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                                数値モデル (22)

                                                                                                                                                                                対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                                無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                                速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                                時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                                密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                                圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                                温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                                磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                                数値モデル (23)

                                                                                                                                                                                初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                                磁場BX

                                                                                                                                                                                密度ρ

                                                                                                                                                                                圧力 p

                                                                                                                                                                                温度 T

                                                                                                                                                                                対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                                113

                                                                                                                                                                                数値モデル (24)

                                                                                                                                                                                境界条件

                                                                                                                                                                                -400 0 400

                                                                                                                                                                                200

                                                                                                                                                                                100

                                                                                                                                                                                -200

                                                                                                                                                                                -100

                                                                                                                                                                                周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                                減衰領域

                                                                                                                                                                                x H0

                                                                                                                                                                                z H0

                                                                                                                                                                                114

                                                                                                                                                                                数値モデル (14)

                                                                                                                                                                                初期条件

                                                                                                                                                                                x H0

                                                                                                                                                                                -400 0 400

                                                                                                                                                                                z H0

                                                                                                                                                                                200

                                                                                                                                                                                100

                                                                                                                                                                                -200

                                                                                                                                                                                -100

                                                                                                                                                                                NZ=1920

                                                                                                                                                                                NX=1536

                                                                                                                                                                                BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                                width D

                                                                                                                                                                                z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                                115

                                                                                                                                                                                減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                116

                                                                                                                                                                                減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                減速

                                                                                                                                                                                117

                                                                                                                                                                                光球付近における減速

                                                                                                                                                                                磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                磁場

                                                                                                                                                                                密度差

                                                                                                                                                                                磁場

                                                                                                                                                                                密度差密度差

                                                                                                                                                                                磁場

                                                                                                                                                                                118

                                                                                                                                                                                5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                119

                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                120

                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                121

                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                122

                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                123

                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                124

                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                125

                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                127

                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                129

                                                                                                                                                                                断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                130

                                                                                                                                                                                Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                3D simulations131

                                                                                                                                                                                Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                132

                                                                                                                                                                                Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                133

                                                                                                                                                                                Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                134

                                                                                                                                                                                Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                135

                                                                                                                                                                                Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                 rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                 rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                 rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                136

                                                                                                                                                                                3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                137

                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                138

                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                139

                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                emerged

                                                                                                                                                                                q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                140

                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                141

                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                142

                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                143

                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                on the initial twist q

                                                                                                                                                                                q large direct emergence

                                                                                                                                                                                  Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                  Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                144

                                                                                                                                                                                dVB

                                                                                                                                                                                E corona

                                                                                                                                                                                2

                                                                                                                                                                                mag 8

                                                                                                                                                                                Setup and Results

                                                                                                                                                                                Conditions

                                                                                                                                                                                q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                145

                                                                                                                                                                                Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                146

                                                                                                                                                                                セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                147

                                                                                                                                                                                • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                • 内容
                                                                                                                                                                                • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                • Slide 16
                                                                                                                                                                                • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                • Slide 21
                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                • まとめ
                                                                                                                                                                                • 今後の課題
                                                                                                                                                                                • Fin
                                                                                                                                                                                • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                • Parameter Study
                                                                                                                                                                                • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                • Slide 59
                                                                                                                                                                                • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                • Slide 61
                                                                                                                                                                                • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                • Slide 63
                                                                                                                                                                                • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                • Slide 66
                                                                                                                                                                                • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                • Setup
                                                                                                                                                                                • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                • Appendix
                                                                                                                                                                                • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                • Slide 74
                                                                                                                                                                                • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                • Observation
                                                                                                                                                                                • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                • Results
                                                                                                                                                                                • Results (2)
                                                                                                                                                                                • Results (3)
                                                                                                                                                                                • Results (4)
                                                                                                                                                                                • Results (5)
                                                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                • Observation (2)
                                                                                                                                                                                • イントロダクション
                                                                                                                                                                                • 数値モデル
                                                                                                                                                                                • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                • Setup and Results
                                                                                                                                                                                • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                  Results

                                                                                                                                                                                  Cross-section when

                                                                                                                                                                                  the apex reaches zH0=40

                                                                                                                                                                                  89

                                                                                                                                                                                  Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                                  Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                                                  90

                                                                                                                                                                                  Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                                  Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                                                                                  91

                                                                                                                                                                                  Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                                  Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                                                  92

                                                                                                                                                                                  Observation

                                                                                                                                                                                  Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                                                                  decelerates and

                                                                                                                                                                                  expands horizontally

                                                                                                                                                                                  Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                                                                  イントロダクション

                                                                                                                                                                                  ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                                                                  考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                                                                  (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                                                                  94

                                                                                                                                                                                  数値モデル

                                                                                                                                                                                  初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                                                                  ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                                                                  磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                                                                  磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                                                                    と表すこのとき force balance

                                                                                                                                                                                   が保たれるよう

                                                                                                                                                                                   とする

                                                                                                                                                                                  rqrBrB x

                                                                                                                                                                                  2

                                                                                                                                                                                  tube

                                                                                                                                                                                  2

                                                                                                                                                                                  tube expR

                                                                                                                                                                                  rBrBx

                                                                                                                                                                                  r

                                                                                                                                                                                  BBB

                                                                                                                                                                                  dr

                                                                                                                                                                                  d

                                                                                                                                                                                  dr

                                                                                                                                                                                  dp x

                                                                                                                                                                                  48

                                                                                                                                                                                  222

                                                                                                                                                                                  exc

                                                                                                                                                                                  222

                                                                                                                                                                                  tube2exc 1

                                                                                                                                                                                  28

                                                                                                                                                                                  1xBr

                                                                                                                                                                                  Rqp

                                                                                                                                                                                  rpzpzyp excsi

                                                                                                                                                                                  B

                                                                                                                                                                                  x

                                                                                                                                                                                  r

                                                                                                                                                                                  B

                                                                                                                                                                                  BX

                                                                                                                                                                                  2πr

                                                                                                                                                                                  95

                                                                                                                                                                                  議論とまとめ

                                                                                                                                                                                  結果の比較

                                                                                                                                                                                  物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                                                                  初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                                                                  総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                                                                  初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                                                                  磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                                                                  初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                                                                  1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                                                                  減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                                                                  96

                                                                                                                                                                                  断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                                                                  議論とまとめ

                                                                                                                                                                                  3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                                                                  軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                                                                  総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                                                                  考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                                                                  倍 )

                                                                                                                                                                                  将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                                                                  97

                                                                                                                                                                                  1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                                                                  太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                                                                  太陽と磁場

                                                                                                                                                                                  Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                                                                  98

                                                                                                                                                                                  活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                                  活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                                                                  磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                                                                  太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                                                                  Zwaan (1985)

                                                                                                                                                                                  Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                                                                  99

                                                                                                                                                                                  磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                                                  磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                                                  る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                                                  Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                                                  内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                                                  外圧 Pe

                                                                                                                                                                                  ggf ieb )(

                                                                                                                                                                                  100

                                                                                                                                                                                  活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                                  AR 10926

                                                                                                                                                                                  101

                                                                                                                                                                                  磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                                                  磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                  102

                                                                                                                                                                                  対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                  ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                                                  た 細管近似

                                                                                                                                                                                  対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                                                  物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                                                  Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                                                  103

                                                                                                                                                                                  対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                  非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                                                  大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                                                  中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                                                  Fan (2001a)104

                                                                                                                                                                                  対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                                                  しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                                                  細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                                                  したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                  105

                                                                                                                                                                                  浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                                                  光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                                                  的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                                                  対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                                                  Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                                                  光球付近での減速機構

                                                                                                                                                                                  光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                                                  Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                                                  Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                                                  Magara (2001)

                                                                                                                                                                                  107

                                                                                                                                                                                  本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                                  上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                                  しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                                  対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                                  しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                                  したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                  108

                                                                                                                                                                                  本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                                  そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                                  対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                                  典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                  典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                                  本研究の目的

                                                                                                                                                                                  減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                                  2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                                  典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                  典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                                  数値モデル

                                                                                                                                                                                  初期条件

                                                                                                                                                                                  xH-400 0 400

                                                                                                                                                                                  zH

                                                                                                                                                                                  200

                                                                                                                                                                                  100

                                                                                                                                                                                  -200

                                                                                                                                                                                  -100

                                                                                                                                                                                  NX timesNZ

                                                                                                                                                                                  =1536times1920

                                                                                                                                                                                  BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                                  磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                                  磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                                  光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                                  111

                                                                                                                                                                                  LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                                  LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                                  数値モデル (22)

                                                                                                                                                                                  対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                                  無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                                  速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                                  時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                                  密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                                  圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                                  温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                                  磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                                  数値モデル (23)

                                                                                                                                                                                  初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                                  磁場BX

                                                                                                                                                                                  密度ρ

                                                                                                                                                                                  圧力 p

                                                                                                                                                                                  温度 T

                                                                                                                                                                                  対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                                  113

                                                                                                                                                                                  数値モデル (24)

                                                                                                                                                                                  境界条件

                                                                                                                                                                                  -400 0 400

                                                                                                                                                                                  200

                                                                                                                                                                                  100

                                                                                                                                                                                  -200

                                                                                                                                                                                  -100

                                                                                                                                                                                  周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                                  減衰領域

                                                                                                                                                                                  x H0

                                                                                                                                                                                  z H0

                                                                                                                                                                                  114

                                                                                                                                                                                  数値モデル (14)

                                                                                                                                                                                  初期条件

                                                                                                                                                                                  x H0

                                                                                                                                                                                  -400 0 400

                                                                                                                                                                                  z H0

                                                                                                                                                                                  200

                                                                                                                                                                                  100

                                                                                                                                                                                  -200

                                                                                                                                                                                  -100

                                                                                                                                                                                  NZ=1920

                                                                                                                                                                                  NX=1536

                                                                                                                                                                                  BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                                  width D

                                                                                                                                                                                  z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                                  115

                                                                                                                                                                                  減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                  磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                  116

                                                                                                                                                                                  減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                  磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                  シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                  磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                  磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                  減速

                                                                                                                                                                                  117

                                                                                                                                                                                  光球付近における減速

                                                                                                                                                                                  磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                  磁場

                                                                                                                                                                                  密度差

                                                                                                                                                                                  磁場

                                                                                                                                                                                  密度差密度差

                                                                                                                                                                                  磁場

                                                                                                                                                                                  118

                                                                                                                                                                                  5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                  119

                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                  磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                  総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                  を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                  総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                  磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                  120

                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                  2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                  点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                  121

                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                  減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                  122

                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                  2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                  123

                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                  2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                  124

                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                  times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                  125

                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                  密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                  対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                  EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                  127

                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                  times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                  軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                  減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                  129

                                                                                                                                                                                  断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                  減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                  130

                                                                                                                                                                                  Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                  Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                  observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                  2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                  3D simulations131

                                                                                                                                                                                  Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                  Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                  force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                  that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                  132

                                                                                                                                                                                  Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                  Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                  persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                  133

                                                                                                                                                                                  Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                  Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                  gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                  Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                  zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                  134

                                                                                                                                                                                  Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                  135

                                                                                                                                                                                  Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                  Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                  magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                   rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                   rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                   rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                  Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                  136

                                                                                                                                                                                  3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                  137

                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                  138

                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                  twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                  139

                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                  emerged

                                                                                                                                                                                  q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                  q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                  140

                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                  Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                  141

                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                  142

                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                  Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                  Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                  Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                  Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                  Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                  Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                  Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                  plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                  at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                  143

                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                  on the initial twist q

                                                                                                                                                                                  q large direct emergence

                                                                                                                                                                                    Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                    Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                  144

                                                                                                                                                                                  dVB

                                                                                                                                                                                  E corona

                                                                                                                                                                                  2

                                                                                                                                                                                  mag 8

                                                                                                                                                                                  Setup and Results

                                                                                                                                                                                  Conditions

                                                                                                                                                                                  q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                  145

                                                                                                                                                                                  Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                  Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                  Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                  Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                  Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                  Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                  Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                  Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                  セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                  結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                  146

                                                                                                                                                                                  セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                  結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                  147

                                                                                                                                                                                  • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                  • 内容
                                                                                                                                                                                  • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                  • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                  • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                  • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                  • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                  • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                  • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                  • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                  • Slide 16
                                                                                                                                                                                  • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                  • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                  • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                  • Slide 21
                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                  • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                  • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                  • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                  • まとめ
                                                                                                                                                                                  • 今後の課題
                                                                                                                                                                                  • Fin
                                                                                                                                                                                  • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                  • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                  • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                  • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                  • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                  • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                  • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                  • Parameter Study
                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                  • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                  • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                  • Slide 59
                                                                                                                                                                                  • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                  • Slide 61
                                                                                                                                                                                  • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                  • Slide 63
                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                  • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                  • Slide 66
                                                                                                                                                                                  • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                  • Setup
                                                                                                                                                                                  • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                  • Appendix
                                                                                                                                                                                  • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                  • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                  • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                  • Slide 74
                                                                                                                                                                                  • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                  • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                  • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                  • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                  • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                  • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                  • Observation
                                                                                                                                                                                  • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                  • Results
                                                                                                                                                                                  • Results (2)
                                                                                                                                                                                  • Results (3)
                                                                                                                                                                                  • Results (4)
                                                                                                                                                                                  • Results (5)
                                                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                  • Observation (2)
                                                                                                                                                                                  • イントロダクション
                                                                                                                                                                                  • 数値モデル
                                                                                                                                                                                  • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                  • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                  • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                  • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                  • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                  • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                  • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                  • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                  • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                  • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                  • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                  • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                  • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                  • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                  • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                  • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                  • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                  • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                  • Setup and Results
                                                                                                                                                                                  • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                  • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                    Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                                    Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                                                    90

                                                                                                                                                                                    Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                                    Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                                                                                    91

                                                                                                                                                                                    Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                                    Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                                                    92

                                                                                                                                                                                    Observation

                                                                                                                                                                                    Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                                                                    decelerates and

                                                                                                                                                                                    expands horizontally

                                                                                                                                                                                    Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                                                                    イントロダクション

                                                                                                                                                                                    ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                                                                    考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                                                                    (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                                                                    94

                                                                                                                                                                                    数値モデル

                                                                                                                                                                                    初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                                                                    ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                                                                    磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                                                                    磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                                                                      と表すこのとき force balance

                                                                                                                                                                                     が保たれるよう

                                                                                                                                                                                     とする

                                                                                                                                                                                    rqrBrB x

                                                                                                                                                                                    2

                                                                                                                                                                                    tube

                                                                                                                                                                                    2

                                                                                                                                                                                    tube expR

                                                                                                                                                                                    rBrBx

                                                                                                                                                                                    r

                                                                                                                                                                                    BBB

                                                                                                                                                                                    dr

                                                                                                                                                                                    d

                                                                                                                                                                                    dr

                                                                                                                                                                                    dp x

                                                                                                                                                                                    48

                                                                                                                                                                                    222

                                                                                                                                                                                    exc

                                                                                                                                                                                    222

                                                                                                                                                                                    tube2exc 1

                                                                                                                                                                                    28

                                                                                                                                                                                    1xBr

                                                                                                                                                                                    Rqp

                                                                                                                                                                                    rpzpzyp excsi

                                                                                                                                                                                    B

                                                                                                                                                                                    x

                                                                                                                                                                                    r

                                                                                                                                                                                    B

                                                                                                                                                                                    BX

                                                                                                                                                                                    2πr

                                                                                                                                                                                    95

                                                                                                                                                                                    議論とまとめ

                                                                                                                                                                                    結果の比較

                                                                                                                                                                                    物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                                                                    初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                                                                    総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                                                                    初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                                                                    磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                                                                    初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                                                                    1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                                                                    減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                                                                    96

                                                                                                                                                                                    断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                                                                    議論とまとめ

                                                                                                                                                                                    3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                                                                    軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                                                                    総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                                                                    考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                                                                    倍 )

                                                                                                                                                                                    将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                                                                    97

                                                                                                                                                                                    1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                                                                    太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                                                                    太陽と磁場

                                                                                                                                                                                    Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                                                                    98

                                                                                                                                                                                    活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                                    活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                                                                    磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                                                                    太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                                                                    Zwaan (1985)

                                                                                                                                                                                    Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                                                                    99

                                                                                                                                                                                    磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                                                    磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                                                    る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                                                    Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                                                    内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                                                    外圧 Pe

                                                                                                                                                                                    ggf ieb )(

                                                                                                                                                                                    100

                                                                                                                                                                                    活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                                    AR 10926

                                                                                                                                                                                    101

                                                                                                                                                                                    磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                                                    磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                    102

                                                                                                                                                                                    対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                    ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                                                    た 細管近似

                                                                                                                                                                                    対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                                                    物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                                                    Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                                                    103

                                                                                                                                                                                    対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                    非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                                                    大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                                                    中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                                                    Fan (2001a)104

                                                                                                                                                                                    対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                                                    しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                                                    細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                                                    したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                    105

                                                                                                                                                                                    浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                                                    光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                                                    的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                                                    対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                                                    Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                                                    光球付近での減速機構

                                                                                                                                                                                    光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                                                    Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                                                    Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                                                    Magara (2001)

                                                                                                                                                                                    107

                                                                                                                                                                                    本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                                    上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                                    しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                                    対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                                    しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                                    したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                    108

                                                                                                                                                                                    本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                                    そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                                    対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                                    典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                    典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                                    本研究の目的

                                                                                                                                                                                    減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                                    2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                                    典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                    典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                                    数値モデル

                                                                                                                                                                                    初期条件

                                                                                                                                                                                    xH-400 0 400

                                                                                                                                                                                    zH

                                                                                                                                                                                    200

                                                                                                                                                                                    100

                                                                                                                                                                                    -200

                                                                                                                                                                                    -100

                                                                                                                                                                                    NX timesNZ

                                                                                                                                                                                    =1536times1920

                                                                                                                                                                                    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                                    磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                                    磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                                    光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                                    111

                                                                                                                                                                                    LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                                    LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                                    数値モデル (22)

                                                                                                                                                                                    対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                                    無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                                    速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                                    時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                                    密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                                    圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                                    温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                                    磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                                    数値モデル (23)

                                                                                                                                                                                    初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                                    磁場BX

                                                                                                                                                                                    密度ρ

                                                                                                                                                                                    圧力 p

                                                                                                                                                                                    温度 T

                                                                                                                                                                                    対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                                    113

                                                                                                                                                                                    数値モデル (24)

                                                                                                                                                                                    境界条件

                                                                                                                                                                                    -400 0 400

                                                                                                                                                                                    200

                                                                                                                                                                                    100

                                                                                                                                                                                    -200

                                                                                                                                                                                    -100

                                                                                                                                                                                    周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                                    減衰領域

                                                                                                                                                                                    x H0

                                                                                                                                                                                    z H0

                                                                                                                                                                                    114

                                                                                                                                                                                    数値モデル (14)

                                                                                                                                                                                    初期条件

                                                                                                                                                                                    x H0

                                                                                                                                                                                    -400 0 400

                                                                                                                                                                                    z H0

                                                                                                                                                                                    200

                                                                                                                                                                                    100

                                                                                                                                                                                    -200

                                                                                                                                                                                    -100

                                                                                                                                                                                    NZ=1920

                                                                                                                                                                                    NX=1536

                                                                                                                                                                                    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                                    width D

                                                                                                                                                                                    z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                                    115

                                                                                                                                                                                    減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                    116

                                                                                                                                                                                    減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                    磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                    シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                    磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                    磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                    減速

                                                                                                                                                                                    117

                                                                                                                                                                                    光球付近における減速

                                                                                                                                                                                    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                    磁場

                                                                                                                                                                                    密度差

                                                                                                                                                                                    磁場

                                                                                                                                                                                    密度差密度差

                                                                                                                                                                                    磁場

                                                                                                                                                                                    118

                                                                                                                                                                                    5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                    119

                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                    磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                    総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                    を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                    総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                    磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                    120

                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                    2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                    点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                    121

                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                    減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                    122

                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                    2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                    123

                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                    2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                    124

                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                    times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                    125

                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                    密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                    対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                    EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                    127

                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                    times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                    軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                    減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                    129

                                                                                                                                                                                    断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                    減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                    130

                                                                                                                                                                                    Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                    Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                    observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                    2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                    3D simulations131

                                                                                                                                                                                    Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                    Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                    force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                    that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                    132

                                                                                                                                                                                    Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                    Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                    persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                    133

                                                                                                                                                                                    Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                    Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                    gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                    Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                    zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                    134

                                                                                                                                                                                    Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                    135

                                                                                                                                                                                    Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                    Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                    magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                     rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                     rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                     rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                    Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                    136

                                                                                                                                                                                    3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                    137

                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                    138

                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                    twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                    139

                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                    emerged

                                                                                                                                                                                    q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                    q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                    140

                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                    Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                    141

                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                    142

                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                    Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                    Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                    Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                    Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                    Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                    Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                    Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                    plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                    at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                    143

                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                    on the initial twist q

                                                                                                                                                                                    q large direct emergence

                                                                                                                                                                                      Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                      Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                    144

                                                                                                                                                                                    dVB

                                                                                                                                                                                    E corona

                                                                                                                                                                                    2

                                                                                                                                                                                    mag 8

                                                                                                                                                                                    Setup and Results

                                                                                                                                                                                    Conditions

                                                                                                                                                                                    q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                    145

                                                                                                                                                                                    Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                    Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                    Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                    Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                    Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                    Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                    Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                    Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                    セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                    結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                    146

                                                                                                                                                                                    セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                    結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                    147

                                                                                                                                                                                    • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                    • 内容
                                                                                                                                                                                    • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                    • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                    • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                    • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                    • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                    • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                    • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                    • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                    • Slide 16
                                                                                                                                                                                    • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                    • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                    • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                    • Slide 21
                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                    • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                    • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                    • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                    • まとめ
                                                                                                                                                                                    • 今後の課題
                                                                                                                                                                                    • Fin
                                                                                                                                                                                    • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                    • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                    • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                    • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                    • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                    • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                    • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                    • Parameter Study
                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                    • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                    • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                    • Slide 59
                                                                                                                                                                                    • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                    • Slide 61
                                                                                                                                                                                    • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                    • Slide 63
                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                    • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                    • Slide 66
                                                                                                                                                                                    • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                    • Setup
                                                                                                                                                                                    • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                    • Appendix
                                                                                                                                                                                    • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                    • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                    • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                    • Slide 74
                                                                                                                                                                                    • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                    • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                    • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                    • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                    • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                    • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                    • Observation
                                                                                                                                                                                    • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                    • Results
                                                                                                                                                                                    • Results (2)
                                                                                                                                                                                    • Results (3)
                                                                                                                                                                                    • Results (4)
                                                                                                                                                                                    • Results (5)
                                                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                    • Observation (2)
                                                                                                                                                                                    • イントロダクション
                                                                                                                                                                                    • 数値モデル
                                                                                                                                                                                    • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                    • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                    • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                    • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                    • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                    • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                    • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                    • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                    • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                    • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                    • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                    • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                    • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                    • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                    • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                    • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                    • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                    • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                    • Setup and Results
                                                                                                                                                                                    • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                    • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                      Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                                      Magnetic Intensity log(BB0) in y-z plane

                                                                                                                                                                                      91

                                                                                                                                                                                      Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                                      Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                                                      92

                                                                                                                                                                                      Observation

                                                                                                                                                                                      Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                                                                      decelerates and

                                                                                                                                                                                      expands horizontally

                                                                                                                                                                                      Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                                                                      イントロダクション

                                                                                                                                                                                      ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                                                                      考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                                                                      (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                                                                      94

                                                                                                                                                                                      数値モデル

                                                                                                                                                                                      初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                                                                      ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                                                                      磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                                                                      磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                                                                        と表すこのとき force balance

                                                                                                                                                                                       が保たれるよう

                                                                                                                                                                                       とする

                                                                                                                                                                                      rqrBrB x

                                                                                                                                                                                      2

                                                                                                                                                                                      tube

                                                                                                                                                                                      2

                                                                                                                                                                                      tube expR

                                                                                                                                                                                      rBrBx

                                                                                                                                                                                      r

                                                                                                                                                                                      BBB

                                                                                                                                                                                      dr

                                                                                                                                                                                      d

                                                                                                                                                                                      dr

                                                                                                                                                                                      dp x

                                                                                                                                                                                      48

                                                                                                                                                                                      222

                                                                                                                                                                                      exc

                                                                                                                                                                                      222

                                                                                                                                                                                      tube2exc 1

                                                                                                                                                                                      28

                                                                                                                                                                                      1xBr

                                                                                                                                                                                      Rqp

                                                                                                                                                                                      rpzpzyp excsi

                                                                                                                                                                                      B

                                                                                                                                                                                      x

                                                                                                                                                                                      r

                                                                                                                                                                                      B

                                                                                                                                                                                      BX

                                                                                                                                                                                      2πr

                                                                                                                                                                                      95

                                                                                                                                                                                      議論とまとめ

                                                                                                                                                                                      結果の比較

                                                                                                                                                                                      物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                                                                      初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                                                                      総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                                                                      初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                                                                      磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                                                                      初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                                                                      1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                                                                      減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                                                                      96

                                                                                                                                                                                      断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                                                                      議論とまとめ

                                                                                                                                                                                      3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                                                                      軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                                                                      総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                                                                      考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                                                                      倍 )

                                                                                                                                                                                      将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                                                                      97

                                                                                                                                                                                      1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                                                                      太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                                                                      太陽と磁場

                                                                                                                                                                                      Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                                                                      98

                                                                                                                                                                                      活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                                      活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                                                                      磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                                                                      太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                                                                      Zwaan (1985)

                                                                                                                                                                                      Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                                                                      99

                                                                                                                                                                                      磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                                                      磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                                                      る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                                                      Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                                                      内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                                                      外圧 Pe

                                                                                                                                                                                      ggf ieb )(

                                                                                                                                                                                      100

                                                                                                                                                                                      活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                                      AR 10926

                                                                                                                                                                                      101

                                                                                                                                                                                      磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                                                      磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                      102

                                                                                                                                                                                      対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                      ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                                                      た 細管近似

                                                                                                                                                                                      対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                                                      物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                                                      Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                                                      103

                                                                                                                                                                                      対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                      非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                                                      大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                                                      中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                                                      Fan (2001a)104

                                                                                                                                                                                      対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                                                      しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                                                      細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                                                      したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                      105

                                                                                                                                                                                      浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                                                      光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                                                      的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                                                      対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                                                      Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                                                      光球付近での減速機構

                                                                                                                                                                                      光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                                                      Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                                                      Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                                                      Magara (2001)

                                                                                                                                                                                      107

                                                                                                                                                                                      本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                                      上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                                      しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                                      対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                                      しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                                      したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                      108

                                                                                                                                                                                      本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                                      そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                                      対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                                      典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                      典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                                      本研究の目的

                                                                                                                                                                                      減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                                      2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                                      典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                      典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                                      数値モデル

                                                                                                                                                                                      初期条件

                                                                                                                                                                                      xH-400 0 400

                                                                                                                                                                                      zH

                                                                                                                                                                                      200

                                                                                                                                                                                      100

                                                                                                                                                                                      -200

                                                                                                                                                                                      -100

                                                                                                                                                                                      NX timesNZ

                                                                                                                                                                                      =1536times1920

                                                                                                                                                                                      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                                      磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                                      磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                                      光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                                      111

                                                                                                                                                                                      LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                                      LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                                      数値モデル (22)

                                                                                                                                                                                      対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                                      無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                                      速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                                      時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                                      密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                                      圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                                      温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                                      磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                                      数値モデル (23)

                                                                                                                                                                                      初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                                      磁場BX

                                                                                                                                                                                      密度ρ

                                                                                                                                                                                      圧力 p

                                                                                                                                                                                      温度 T

                                                                                                                                                                                      対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                                      113

                                                                                                                                                                                      数値モデル (24)

                                                                                                                                                                                      境界条件

                                                                                                                                                                                      -400 0 400

                                                                                                                                                                                      200

                                                                                                                                                                                      100

                                                                                                                                                                                      -200

                                                                                                                                                                                      -100

                                                                                                                                                                                      周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                                      減衰領域

                                                                                                                                                                                      x H0

                                                                                                                                                                                      z H0

                                                                                                                                                                                      114

                                                                                                                                                                                      数値モデル (14)

                                                                                                                                                                                      初期条件

                                                                                                                                                                                      x H0

                                                                                                                                                                                      -400 0 400

                                                                                                                                                                                      z H0

                                                                                                                                                                                      200

                                                                                                                                                                                      100

                                                                                                                                                                                      -200

                                                                                                                                                                                      -100

                                                                                                                                                                                      NZ=1920

                                                                                                                                                                                      NX=1536

                                                                                                                                                                                      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                                      width D

                                                                                                                                                                                      z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                                      115

                                                                                                                                                                                      減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                      116

                                                                                                                                                                                      減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                      磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                      シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                      磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                      磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                      減速

                                                                                                                                                                                      117

                                                                                                                                                                                      光球付近における減速

                                                                                                                                                                                      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                      磁場

                                                                                                                                                                                      密度差

                                                                                                                                                                                      磁場

                                                                                                                                                                                      密度差密度差

                                                                                                                                                                                      磁場

                                                                                                                                                                                      118

                                                                                                                                                                                      5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                      119

                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                      磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                      総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                      を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                      総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                      磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                      120

                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                      2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                      点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                      121

                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                      減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                      122

                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                      2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                      123

                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                      2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                      124

                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                      times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                      125

                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                      密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                      対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                      EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                      127

                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                      times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                      軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                      減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                      129

                                                                                                                                                                                      断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                      減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                      130

                                                                                                                                                                                      Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                      Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                      observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                      2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                      3D simulations131

                                                                                                                                                                                      Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                      Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                      force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                      that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                      132

                                                                                                                                                                                      Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                      Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                      persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                      133

                                                                                                                                                                                      Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                      Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                      gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                      Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                      zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                      134

                                                                                                                                                                                      Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                      135

                                                                                                                                                                                      Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                      Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                      magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                       rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                       rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                       rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                      Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                      136

                                                                                                                                                                                      3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                      137

                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                      138

                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                      twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                      139

                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                      emerged

                                                                                                                                                                                      q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                      q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                      140

                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                      Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                      141

                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                      142

                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                      Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                      Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                      Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                      Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                      Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                      Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                      Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                      plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                      at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                      143

                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                      on the initial twist q

                                                                                                                                                                                      q large direct emergence

                                                                                                                                                                                        Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                        Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                      144

                                                                                                                                                                                      dVB

                                                                                                                                                                                      E corona

                                                                                                                                                                                      2

                                                                                                                                                                                      mag 8

                                                                                                                                                                                      Setup and Results

                                                                                                                                                                                      Conditions

                                                                                                                                                                                      q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                      145

                                                                                                                                                                                      Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                      Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                      Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                      Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                      Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                      Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                      Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                      Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                      セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                      結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                      146

                                                                                                                                                                                      セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                      結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                      147

                                                                                                                                                                                      • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                      • 内容
                                                                                                                                                                                      • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                      • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                      • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                      • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                      • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                      • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                      • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                      • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                      • Slide 16
                                                                                                                                                                                      • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                      • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                      • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                      • Slide 21
                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                      • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                      • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                      • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                      • まとめ
                                                                                                                                                                                      • 今後の課題
                                                                                                                                                                                      • Fin
                                                                                                                                                                                      • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                      • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                      • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                      • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                      • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                      • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                      • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                      • Parameter Study
                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                      • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                      • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                      • Slide 59
                                                                                                                                                                                      • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                      • Slide 61
                                                                                                                                                                                      • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                      • Slide 63
                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                      • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                      • Slide 66
                                                                                                                                                                                      • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                      • Setup
                                                                                                                                                                                      • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                      • Appendix
                                                                                                                                                                                      • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                      • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                      • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                      • Slide 74
                                                                                                                                                                                      • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                      • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                      • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                      • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                      • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                      • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                      • Observation
                                                                                                                                                                                      • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                      • Results
                                                                                                                                                                                      • Results (2)
                                                                                                                                                                                      • Results (3)
                                                                                                                                                                                      • Results (4)
                                                                                                                                                                                      • Results (5)
                                                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                      • Observation (2)
                                                                                                                                                                                      • イントロダクション
                                                                                                                                                                                      • 数値モデル
                                                                                                                                                                                      • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                      • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                      • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                      • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                      • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                      • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                      • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                      • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                      • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                      • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                      • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                      • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                      • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                      • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                      • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                      • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                      • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                      • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                      • Setup and Results
                                                                                                                                                                                      • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                      • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                        Large-scale 3D calculation

                                                                                                                                                                                        Magnetic Intensity log(BB0) in x-z plane

                                                                                                                                                                                        92

                                                                                                                                                                                        Observation

                                                                                                                                                                                        Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                                                                        decelerates and

                                                                                                                                                                                        expands horizontally

                                                                                                                                                                                        Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                                                                        イントロダクション

                                                                                                                                                                                        ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                                                                        考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                                                                        (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                                                                        94

                                                                                                                                                                                        数値モデル

                                                                                                                                                                                        初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                                                                        ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                                                                        磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                                                                        磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                                                                          と表すこのとき force balance

                                                                                                                                                                                         が保たれるよう

                                                                                                                                                                                         とする

                                                                                                                                                                                        rqrBrB x

                                                                                                                                                                                        2

                                                                                                                                                                                        tube

                                                                                                                                                                                        2

                                                                                                                                                                                        tube expR

                                                                                                                                                                                        rBrBx

                                                                                                                                                                                        r

                                                                                                                                                                                        BBB

                                                                                                                                                                                        dr

                                                                                                                                                                                        d

                                                                                                                                                                                        dr

                                                                                                                                                                                        dp x

                                                                                                                                                                                        48

                                                                                                                                                                                        222

                                                                                                                                                                                        exc

                                                                                                                                                                                        222

                                                                                                                                                                                        tube2exc 1

                                                                                                                                                                                        28

                                                                                                                                                                                        1xBr

                                                                                                                                                                                        Rqp

                                                                                                                                                                                        rpzpzyp excsi

                                                                                                                                                                                        B

                                                                                                                                                                                        x

                                                                                                                                                                                        r

                                                                                                                                                                                        B

                                                                                                                                                                                        BX

                                                                                                                                                                                        2πr

                                                                                                                                                                                        95

                                                                                                                                                                                        議論とまとめ

                                                                                                                                                                                        結果の比較

                                                                                                                                                                                        物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                                                                        初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                                                                        総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                                                                        初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                                                                        磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                                                                        初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                                                                        1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                                                                        減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                                                                        96

                                                                                                                                                                                        断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                                                                        議論とまとめ

                                                                                                                                                                                        3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                                                                        軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                                                                        総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                                                                        考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                                                                        倍 )

                                                                                                                                                                                        将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                                                                        97

                                                                                                                                                                                        1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                                                                        太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                                                                        太陽と磁場

                                                                                                                                                                                        Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                                                                        98

                                                                                                                                                                                        活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                                        活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                                                                        磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                                                                        太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                                                                        Zwaan (1985)

                                                                                                                                                                                        Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                                                                        99

                                                                                                                                                                                        磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                                                        磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                                                        る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                                                        Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                                                        内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                                                        外圧 Pe

                                                                                                                                                                                        ggf ieb )(

                                                                                                                                                                                        100

                                                                                                                                                                                        活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                                        AR 10926

                                                                                                                                                                                        101

                                                                                                                                                                                        磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                                                        磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                        102

                                                                                                                                                                                        対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                        ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                                                        た 細管近似

                                                                                                                                                                                        対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                                                        物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                                                        Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                                                        103

                                                                                                                                                                                        対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                        非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                                                        大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                                                        中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                                                        Fan (2001a)104

                                                                                                                                                                                        対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                                                        しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                                                        細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                                                        したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                        105

                                                                                                                                                                                        浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                                                        光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                                                        的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                                                        対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                                                        Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                                                        光球付近での減速機構

                                                                                                                                                                                        光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                                                        Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                                                        Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                                                        Magara (2001)

                                                                                                                                                                                        107

                                                                                                                                                                                        本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                                        上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                                        しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                                        対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                                        しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                                        したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                        108

                                                                                                                                                                                        本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                                        そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                                        対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                                        典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                        典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                                        本研究の目的

                                                                                                                                                                                        減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                                        2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                                        典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                        典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                                        数値モデル

                                                                                                                                                                                        初期条件

                                                                                                                                                                                        xH-400 0 400

                                                                                                                                                                                        zH

                                                                                                                                                                                        200

                                                                                                                                                                                        100

                                                                                                                                                                                        -200

                                                                                                                                                                                        -100

                                                                                                                                                                                        NX timesNZ

                                                                                                                                                                                        =1536times1920

                                                                                                                                                                                        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                                        磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                                        磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                                        光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                                        111

                                                                                                                                                                                        LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                                        LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                                        数値モデル (22)

                                                                                                                                                                                        対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                                        無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                                        速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                                        時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                                        密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                                        圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                                        温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                                        磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                                        数値モデル (23)

                                                                                                                                                                                        初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                                        磁場BX

                                                                                                                                                                                        密度ρ

                                                                                                                                                                                        圧力 p

                                                                                                                                                                                        温度 T

                                                                                                                                                                                        対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                                        113

                                                                                                                                                                                        数値モデル (24)

                                                                                                                                                                                        境界条件

                                                                                                                                                                                        -400 0 400

                                                                                                                                                                                        200

                                                                                                                                                                                        100

                                                                                                                                                                                        -200

                                                                                                                                                                                        -100

                                                                                                                                                                                        周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                                        減衰領域

                                                                                                                                                                                        x H0

                                                                                                                                                                                        z H0

                                                                                                                                                                                        114

                                                                                                                                                                                        数値モデル (14)

                                                                                                                                                                                        初期条件

                                                                                                                                                                                        x H0

                                                                                                                                                                                        -400 0 400

                                                                                                                                                                                        z H0

                                                                                                                                                                                        200

                                                                                                                                                                                        100

                                                                                                                                                                                        -200

                                                                                                                                                                                        -100

                                                                                                                                                                                        NZ=1920

                                                                                                                                                                                        NX=1536

                                                                                                                                                                                        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                                        width D

                                                                                                                                                                                        z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                                        115

                                                                                                                                                                                        減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                        116

                                                                                                                                                                                        減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                        磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                        シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                        磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                        磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                        減速

                                                                                                                                                                                        117

                                                                                                                                                                                        光球付近における減速

                                                                                                                                                                                        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                        磁場

                                                                                                                                                                                        密度差

                                                                                                                                                                                        磁場

                                                                                                                                                                                        密度差密度差

                                                                                                                                                                                        磁場

                                                                                                                                                                                        118

                                                                                                                                                                                        5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                        119

                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                        磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                        総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                        を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                        総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                        磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                        120

                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                        2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                        点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                        121

                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                        減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                        122

                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                        2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                        123

                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                        2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                        124

                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                        times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                        125

                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                        密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                        対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                        EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                        127

                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                        times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                        軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                        減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                        129

                                                                                                                                                                                        断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                        減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                        130

                                                                                                                                                                                        Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                        Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                        observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                        2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                        3D simulations131

                                                                                                                                                                                        Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                        Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                        force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                        that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                        132

                                                                                                                                                                                        Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                        Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                        persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                        133

                                                                                                                                                                                        Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                        Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                        gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                        Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                        zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                        134

                                                                                                                                                                                        Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                        135

                                                                                                                                                                                        Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                        Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                        magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                         rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                         rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                         rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                        Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                        136

                                                                                                                                                                                        3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                        137

                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                        138

                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                        twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                        139

                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                        emerged

                                                                                                                                                                                        q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                        q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                        140

                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                        Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                        141

                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                        142

                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                        Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                        Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                        Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                        Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                        Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                        Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                        Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                        plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                        at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                        143

                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                        on the initial twist q

                                                                                                                                                                                        q large direct emergence

                                                                                                                                                                                          Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                          Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                        144

                                                                                                                                                                                        dVB

                                                                                                                                                                                        E corona

                                                                                                                                                                                        2

                                                                                                                                                                                        mag 8

                                                                                                                                                                                        Setup and Results

                                                                                                                                                                                        Conditions

                                                                                                                                                                                        q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                        145

                                                                                                                                                                                        Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                        Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                        Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                        Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                        Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                        Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                        Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                        Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                        セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                        結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                        146

                                                                                                                                                                                        セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                        結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                        147

                                                                                                                                                                                        • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                        • 内容
                                                                                                                                                                                        • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                        • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                        • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                        • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                        • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                        • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                        • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                        • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                        • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                        • Slide 16
                                                                                                                                                                                        • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                        • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                        • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                        • Slide 21
                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                        • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                        • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                        • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                        • まとめ
                                                                                                                                                                                        • 今後の課題
                                                                                                                                                                                        • Fin
                                                                                                                                                                                        • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                        • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                        • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                        • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                        • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                        • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                        • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                        • Parameter Study
                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                        • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                        • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                        • Slide 59
                                                                                                                                                                                        • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                        • Slide 61
                                                                                                                                                                                        • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                        • Slide 63
                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                        • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                        • Slide 66
                                                                                                                                                                                        • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                        • Setup
                                                                                                                                                                                        • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                        • Appendix
                                                                                                                                                                                        • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                        • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                        • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                        • Slide 74
                                                                                                                                                                                        • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                        • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                        • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                        • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                        • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                        • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                        • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                        • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                        • Observation
                                                                                                                                                                                        • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                        • Results
                                                                                                                                                                                        • Results (2)
                                                                                                                                                                                        • Results (3)
                                                                                                                                                                                        • Results (4)
                                                                                                                                                                                        • Results (5)
                                                                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                        • Observation (2)
                                                                                                                                                                                        • イントロダクション
                                                                                                                                                                                        • 数値モデル
                                                                                                                                                                                        • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                        • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                        • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                        • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                        • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                        • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                        • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                        • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                        • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                        • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                        • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                        • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                        • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                        • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                        • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                        • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                        • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                        • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                        • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                        • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                        • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                        • Setup and Results
                                                                                                                                                                                        • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                        • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                          Observation

                                                                                                                                                                                          Otsuji et al 2010 PASJ (in press) Hinode + Hida observatory At chromospheric height flux tube

                                                                                                                                                                                          decelerates and

                                                                                                                                                                                          expands horizontally

                                                                                                                                                                                          Otsuji et al (2010)93

                                                                                                                                                                                          イントロダクション

                                                                                                                                                                                          ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                                                                          考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                                                                          (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                                                                          94

                                                                                                                                                                                          数値モデル

                                                                                                                                                                                          初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                                                                          ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                                                                          磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                                                                          磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                                                                            と表すこのとき force balance

                                                                                                                                                                                           が保たれるよう

                                                                                                                                                                                           とする

                                                                                                                                                                                          rqrBrB x

                                                                                                                                                                                          2

                                                                                                                                                                                          tube

                                                                                                                                                                                          2

                                                                                                                                                                                          tube expR

                                                                                                                                                                                          rBrBx

                                                                                                                                                                                          r

                                                                                                                                                                                          BBB

                                                                                                                                                                                          dr

                                                                                                                                                                                          d

                                                                                                                                                                                          dr

                                                                                                                                                                                          dp x

                                                                                                                                                                                          48

                                                                                                                                                                                          222

                                                                                                                                                                                          exc

                                                                                                                                                                                          222

                                                                                                                                                                                          tube2exc 1

                                                                                                                                                                                          28

                                                                                                                                                                                          1xBr

                                                                                                                                                                                          Rqp

                                                                                                                                                                                          rpzpzyp excsi

                                                                                                                                                                                          B

                                                                                                                                                                                          x

                                                                                                                                                                                          r

                                                                                                                                                                                          B

                                                                                                                                                                                          BX

                                                                                                                                                                                          2πr

                                                                                                                                                                                          95

                                                                                                                                                                                          議論とまとめ

                                                                                                                                                                                          結果の比較

                                                                                                                                                                                          物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                                                                          初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                                                                          総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                                                                          初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                                                                          磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                                                                          初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                                                                          1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                                                                          減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                                                                          96

                                                                                                                                                                                          断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                                                                          議論とまとめ

                                                                                                                                                                                          3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                                                                          軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                                                                          総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                                                                          考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                                                                          倍 )

                                                                                                                                                                                          将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                                                                          97

                                                                                                                                                                                          1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                                                                          太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                                                                          太陽と磁場

                                                                                                                                                                                          Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                                                                          98

                                                                                                                                                                                          活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                                          活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                                                                          磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                                                                          太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                                                                          Zwaan (1985)

                                                                                                                                                                                          Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                                                                          99

                                                                                                                                                                                          磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                                                          磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                                                          る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                                                          Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                                                          内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                                                          外圧 Pe

                                                                                                                                                                                          ggf ieb )(

                                                                                                                                                                                          100

                                                                                                                                                                                          活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                                          AR 10926

                                                                                                                                                                                          101

                                                                                                                                                                                          磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                                                          磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                          102

                                                                                                                                                                                          対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                          ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                                                          た 細管近似

                                                                                                                                                                                          対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                                                          物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                                                          Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                                                          103

                                                                                                                                                                                          対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                          非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                                                          大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                                                          中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                                                          Fan (2001a)104

                                                                                                                                                                                          対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                                                          しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                                                          細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                                                          したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                          105

                                                                                                                                                                                          浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                                                          光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                                                          的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                                                          対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                                                          Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                                                          光球付近での減速機構

                                                                                                                                                                                          光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                                                          Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                                                          Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                                                          Magara (2001)

                                                                                                                                                                                          107

                                                                                                                                                                                          本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                                          上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                                          しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                                          対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                                          しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                                          したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                          108

                                                                                                                                                                                          本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                                          そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                                          対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                                          典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                          典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                                          本研究の目的

                                                                                                                                                                                          減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                                          2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                                          典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                          典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                                          数値モデル

                                                                                                                                                                                          初期条件

                                                                                                                                                                                          xH-400 0 400

                                                                                                                                                                                          zH

                                                                                                                                                                                          200

                                                                                                                                                                                          100

                                                                                                                                                                                          -200

                                                                                                                                                                                          -100

                                                                                                                                                                                          NX timesNZ

                                                                                                                                                                                          =1536times1920

                                                                                                                                                                                          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                                          磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                                          磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                                          光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                                          111

                                                                                                                                                                                          LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                                          LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                                          数値モデル (22)

                                                                                                                                                                                          対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                                          無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                                          速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                                          時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                                          密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                                          圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                                          温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                                          磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                                          数値モデル (23)

                                                                                                                                                                                          初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                                          磁場BX

                                                                                                                                                                                          密度ρ

                                                                                                                                                                                          圧力 p

                                                                                                                                                                                          温度 T

                                                                                                                                                                                          対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                                          113

                                                                                                                                                                                          数値モデル (24)

                                                                                                                                                                                          境界条件

                                                                                                                                                                                          -400 0 400

                                                                                                                                                                                          200

                                                                                                                                                                                          100

                                                                                                                                                                                          -200

                                                                                                                                                                                          -100

                                                                                                                                                                                          周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                                          減衰領域

                                                                                                                                                                                          x H0

                                                                                                                                                                                          z H0

                                                                                                                                                                                          114

                                                                                                                                                                                          数値モデル (14)

                                                                                                                                                                                          初期条件

                                                                                                                                                                                          x H0

                                                                                                                                                                                          -400 0 400

                                                                                                                                                                                          z H0

                                                                                                                                                                                          200

                                                                                                                                                                                          100

                                                                                                                                                                                          -200

                                                                                                                                                                                          -100

                                                                                                                                                                                          NZ=1920

                                                                                                                                                                                          NX=1536

                                                                                                                                                                                          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                                          width D

                                                                                                                                                                                          z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                                          115

                                                                                                                                                                                          減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                          116

                                                                                                                                                                                          減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                          磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                          シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                          磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                          磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                          減速

                                                                                                                                                                                          117

                                                                                                                                                                                          光球付近における減速

                                                                                                                                                                                          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                          磁場

                                                                                                                                                                                          密度差

                                                                                                                                                                                          磁場

                                                                                                                                                                                          密度差密度差

                                                                                                                                                                                          磁場

                                                                                                                                                                                          118

                                                                                                                                                                                          5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                          119

                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                          磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                          総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                          を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                          総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                          磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                          120

                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                          2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                          点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                          121

                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                          減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                          122

                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                          2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                          123

                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                          2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                          124

                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                          times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                          125

                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                          密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                          対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                          EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                          127

                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                          times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                          軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                          減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                          129

                                                                                                                                                                                          断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                          減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                          130

                                                                                                                                                                                          Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                          Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                          observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                          2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                          3D simulations131

                                                                                                                                                                                          Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                          Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                          force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                          that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                          132

                                                                                                                                                                                          Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                          Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                          persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                          133

                                                                                                                                                                                          Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                          Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                          gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                          Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                          zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                          134

                                                                                                                                                                                          Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                          135

                                                                                                                                                                                          Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                          Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                          magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                           rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                           rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                           rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                          Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                          136

                                                                                                                                                                                          3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                          137

                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                          138

                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                          twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                          139

                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                          emerged

                                                                                                                                                                                          q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                          q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                          140

                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                          Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                          141

                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                          142

                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                          Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                          Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                          Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                          Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                          Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                          Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                          Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                          plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                          at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                          143

                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                          on the initial twist q

                                                                                                                                                                                          q large direct emergence

                                                                                                                                                                                            Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                            Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                          144

                                                                                                                                                                                          dVB

                                                                                                                                                                                          E corona

                                                                                                                                                                                          2

                                                                                                                                                                                          mag 8

                                                                                                                                                                                          Setup and Results

                                                                                                                                                                                          Conditions

                                                                                                                                                                                          q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                          145

                                                                                                                                                                                          Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                          Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                          Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                          Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                          Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                          Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                          Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                          Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                          セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                          結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                          146

                                                                                                                                                                                          セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                          結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                          147

                                                                                                                                                                                          • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                          • 内容
                                                                                                                                                                                          • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                          • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                          • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                          • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                          • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                          • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                          • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                          • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                          • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                          • Slide 16
                                                                                                                                                                                          • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                          • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                          • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                          • Slide 21
                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                          • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                          • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                          • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                          • まとめ
                                                                                                                                                                                          • 今後の課題
                                                                                                                                                                                          • Fin
                                                                                                                                                                                          • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                          • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                          • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                          • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                          • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                          • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                          • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                          • Parameter Study
                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                          • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                          • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                          • Slide 59
                                                                                                                                                                                          • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                          • Slide 61
                                                                                                                                                                                          • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                          • Slide 63
                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                          • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                          • Slide 66
                                                                                                                                                                                          • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                          • Setup
                                                                                                                                                                                          • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                          • Appendix
                                                                                                                                                                                          • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                          • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                          • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                          • Slide 74
                                                                                                                                                                                          • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                          • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                          • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                          • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                          • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                          • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                          • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                          • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                          • Observation
                                                                                                                                                                                          • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                          • Results
                                                                                                                                                                                          • Results (2)
                                                                                                                                                                                          • Results (3)
                                                                                                                                                                                          • Results (4)
                                                                                                                                                                                          • Results (5)
                                                                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                          • Observation (2)
                                                                                                                                                                                          • イントロダクション
                                                                                                                                                                                          • 数値モデル
                                                                                                                                                                                          • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                          • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                          • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                          • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                          • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                          • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                          • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                          • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                          • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                          • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                          • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                          • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                          • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                          • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                          • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                          • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                          • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                          • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                          • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                          • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                          • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                          • Setup and Results
                                                                                                                                                                                          • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                          • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                            イントロダクション

                                                                                                                                                                                            ねじれた磁束管実際の浮上磁場はねじれた磁束管 (twisted flux tube)だと

                                                                                                                                                                                            考えられている 表面での観測 浮上のあいだ対流に負けずまとまり (coherency) を保つため

                                                                                                                                                                                            (a) Magnetogram(b) Hα line-center (Strous amp Zwaan 1999)

                                                                                                                                                                                            94

                                                                                                                                                                                            数値モデル

                                                                                                                                                                                            初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                                                                            ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                                                                            磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                                                                            磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                                                                              と表すこのとき force balance

                                                                                                                                                                                             が保たれるよう

                                                                                                                                                                                             とする

                                                                                                                                                                                            rqrBrB x

                                                                                                                                                                                            2

                                                                                                                                                                                            tube

                                                                                                                                                                                            2

                                                                                                                                                                                            tube expR

                                                                                                                                                                                            rBrBx

                                                                                                                                                                                            r

                                                                                                                                                                                            BBB

                                                                                                                                                                                            dr

                                                                                                                                                                                            d

                                                                                                                                                                                            dr

                                                                                                                                                                                            dp x

                                                                                                                                                                                            48

                                                                                                                                                                                            222

                                                                                                                                                                                            exc

                                                                                                                                                                                            222

                                                                                                                                                                                            tube2exc 1

                                                                                                                                                                                            28

                                                                                                                                                                                            1xBr

                                                                                                                                                                                            Rqp

                                                                                                                                                                                            rpzpzyp excsi

                                                                                                                                                                                            B

                                                                                                                                                                                            x

                                                                                                                                                                                            r

                                                                                                                                                                                            B

                                                                                                                                                                                            BX

                                                                                                                                                                                            2πr

                                                                                                                                                                                            95

                                                                                                                                                                                            議論とまとめ

                                                                                                                                                                                            結果の比較

                                                                                                                                                                                            物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                                                                            初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                                                                            総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                                                                            初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                                                                            磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                                                                            初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                                                                            1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                                                                            減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                                                                            96

                                                                                                                                                                                            断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                                                                            議論とまとめ

                                                                                                                                                                                            3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                                                                            軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                                                                            総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                                                                            考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                                                                            倍 )

                                                                                                                                                                                            将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                                                                            97

                                                                                                                                                                                            1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                                                                            太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                                                                            太陽と磁場

                                                                                                                                                                                            Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                                                                            98

                                                                                                                                                                                            活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                                            活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                                                                            磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                                                                            太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                                                                            Zwaan (1985)

                                                                                                                                                                                            Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                                                                            99

                                                                                                                                                                                            磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                                                            磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                                                            る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                                                            Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                                                            内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                                                            外圧 Pe

                                                                                                                                                                                            ggf ieb )(

                                                                                                                                                                                            100

                                                                                                                                                                                            活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                                            AR 10926

                                                                                                                                                                                            101

                                                                                                                                                                                            磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                                                            磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                            102

                                                                                                                                                                                            対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                            ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                                                            た 細管近似

                                                                                                                                                                                            対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                                                            物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                                                            Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                                                            103

                                                                                                                                                                                            対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                            非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                                                            大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                                                            中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                                                            Fan (2001a)104

                                                                                                                                                                                            対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                                                            しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                                                            細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                                                            したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                            105

                                                                                                                                                                                            浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                                                            光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                                                            的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                                                            対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                                                            Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                                                            光球付近での減速機構

                                                                                                                                                                                            光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                                                            Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                                                            Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                                                            Magara (2001)

                                                                                                                                                                                            107

                                                                                                                                                                                            本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                                            上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                                            しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                                            対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                                            しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                                            したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                            108

                                                                                                                                                                                            本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                                            そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                                            対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                                            典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                            典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                                            本研究の目的

                                                                                                                                                                                            減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                                            2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                                            典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                            典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                                            数値モデル

                                                                                                                                                                                            初期条件

                                                                                                                                                                                            xH-400 0 400

                                                                                                                                                                                            zH

                                                                                                                                                                                            200

                                                                                                                                                                                            100

                                                                                                                                                                                            -200

                                                                                                                                                                                            -100

                                                                                                                                                                                            NX timesNZ

                                                                                                                                                                                            =1536times1920

                                                                                                                                                                                            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                                            磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                                            磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                                            光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                                            111

                                                                                                                                                                                            LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                                            LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                                            数値モデル (22)

                                                                                                                                                                                            対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                                            無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                                            速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                                            時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                                            密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                                            圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                                            温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                                            磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                                            数値モデル (23)

                                                                                                                                                                                            初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                                            磁場BX

                                                                                                                                                                                            密度ρ

                                                                                                                                                                                            圧力 p

                                                                                                                                                                                            温度 T

                                                                                                                                                                                            対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                                            113

                                                                                                                                                                                            数値モデル (24)

                                                                                                                                                                                            境界条件

                                                                                                                                                                                            -400 0 400

                                                                                                                                                                                            200

                                                                                                                                                                                            100

                                                                                                                                                                                            -200

                                                                                                                                                                                            -100

                                                                                                                                                                                            周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                                            減衰領域

                                                                                                                                                                                            x H0

                                                                                                                                                                                            z H0

                                                                                                                                                                                            114

                                                                                                                                                                                            数値モデル (14)

                                                                                                                                                                                            初期条件

                                                                                                                                                                                            x H0

                                                                                                                                                                                            -400 0 400

                                                                                                                                                                                            z H0

                                                                                                                                                                                            200

                                                                                                                                                                                            100

                                                                                                                                                                                            -200

                                                                                                                                                                                            -100

                                                                                                                                                                                            NZ=1920

                                                                                                                                                                                            NX=1536

                                                                                                                                                                                            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                                            width D

                                                                                                                                                                                            z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                                            115

                                                                                                                                                                                            減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                            116

                                                                                                                                                                                            減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                            磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                            シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                            磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                            磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                            減速

                                                                                                                                                                                            117

                                                                                                                                                                                            光球付近における減速

                                                                                                                                                                                            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                            磁場

                                                                                                                                                                                            密度差

                                                                                                                                                                                            磁場

                                                                                                                                                                                            密度差密度差

                                                                                                                                                                                            磁場

                                                                                                                                                                                            118

                                                                                                                                                                                            5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                            119

                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                            磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                            総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                            を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                            総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                            磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                            120

                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                            2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                            点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                            121

                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                            減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                            122

                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                            2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                            123

                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                            2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                            124

                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                            times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                            125

                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                            密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                            対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                            EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                            127

                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                            times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                            軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                            減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                            129

                                                                                                                                                                                            断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                            減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                            130

                                                                                                                                                                                            Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                            Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                            observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                            2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                            3D simulations131

                                                                                                                                                                                            Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                            Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                            force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                            that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                            132

                                                                                                                                                                                            Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                            Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                            persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                            133

                                                                                                                                                                                            Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                            Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                            gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                            Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                            zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                            134

                                                                                                                                                                                            Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                            135

                                                                                                                                                                                            Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                            Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                            magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                             rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                             rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                             rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                            Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                            136

                                                                                                                                                                                            3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                            137

                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                            138

                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                            twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                            139

                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                            emerged

                                                                                                                                                                                            q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                            q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                            140

                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                            Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                            141

                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                            142

                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                            Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                            Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                            Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                            Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                            Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                            Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                            Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                            plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                            at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                            143

                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                            on the initial twist q

                                                                                                                                                                                            q large direct emergence

                                                                                                                                                                                              Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                              Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                            144

                                                                                                                                                                                            dVB

                                                                                                                                                                                            E corona

                                                                                                                                                                                            2

                                                                                                                                                                                            mag 8

                                                                                                                                                                                            Setup and Results

                                                                                                                                                                                            Conditions

                                                                                                                                                                                            q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                            145

                                                                                                                                                                                            Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                            Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                            Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                            Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                            Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                            Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                            Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                            Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                            セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                            結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                            146

                                                                                                                                                                                            セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                            結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                            147

                                                                                                                                                                                            • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                            • 内容
                                                                                                                                                                                            • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                            • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                            • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                            • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                            • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                            • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                            • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                            • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                            • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                            • Slide 16
                                                                                                                                                                                            • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                            • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                            • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                            • Slide 21
                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                            • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                            • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                            • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                            • まとめ
                                                                                                                                                                                            • 今後の課題
                                                                                                                                                                                            • Fin
                                                                                                                                                                                            • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                            • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                            • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                            • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                            • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                            • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                            • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                            • Parameter Study
                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                            • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                            • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                            • Slide 59
                                                                                                                                                                                            • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                            • Slide 61
                                                                                                                                                                                            • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                            • Slide 63
                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                            • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                            • Slide 66
                                                                                                                                                                                            • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                            • Setup
                                                                                                                                                                                            • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                            • Appendix
                                                                                                                                                                                            • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                            • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                            • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                            • Slide 74
                                                                                                                                                                                            • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                            • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                            • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                            • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                            • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                            • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                            • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                            • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                            • Observation
                                                                                                                                                                                            • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                            • Results
                                                                                                                                                                                            • Results (2)
                                                                                                                                                                                            • Results (3)
                                                                                                                                                                                            • Results (4)
                                                                                                                                                                                            • Results (5)
                                                                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                            • Observation (2)
                                                                                                                                                                                            • イントロダクション
                                                                                                                                                                                            • 数値モデル
                                                                                                                                                                                            • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                            • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                            • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                            • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                            • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                            • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                            • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                            • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                            • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                            • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                            • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                            • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                            • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                            • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                            • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                            • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                            • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                            • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                            • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                            • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                            • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                            • Setup and Results
                                                                                                                                                                                            • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                            • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                              数値モデル

                                                                                                                                                                                              初期磁束管 exp型分布

                                                                                                                                                                                              ただし Gold-Hoyle型と異なり force-free ではない

                                                                                                                                                                                              磁束管内部の圧力分布を適切に保たないと Lorentz 力によって崩壊してしまう

                                                                                                                                                                                              磁束管の内部圧力を

                                                                                                                                                                                                と表すこのとき force balance

                                                                                                                                                                                               が保たれるよう

                                                                                                                                                                                               とする

                                                                                                                                                                                              rqrBrB x

                                                                                                                                                                                              2

                                                                                                                                                                                              tube

                                                                                                                                                                                              2

                                                                                                                                                                                              tube expR

                                                                                                                                                                                              rBrBx

                                                                                                                                                                                              r

                                                                                                                                                                                              BBB

                                                                                                                                                                                              dr

                                                                                                                                                                                              d

                                                                                                                                                                                              dr

                                                                                                                                                                                              dp x

                                                                                                                                                                                              48

                                                                                                                                                                                              222

                                                                                                                                                                                              exc

                                                                                                                                                                                              222

                                                                                                                                                                                              tube2exc 1

                                                                                                                                                                                              28

                                                                                                                                                                                              1xBr

                                                                                                                                                                                              Rqp

                                                                                                                                                                                              rpzpzyp excsi

                                                                                                                                                                                              B

                                                                                                                                                                                              x

                                                                                                                                                                                              r

                                                                                                                                                                                              B

                                                                                                                                                                                              BX

                                                                                                                                                                                              2πr

                                                                                                                                                                                              95

                                                                                                                                                                                              議論とまとめ

                                                                                                                                                                                              結果の比較

                                                                                                                                                                                              物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                                                                              初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                                                                              総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                                                                              初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                                                                              磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                                                                              初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                                                                              1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                                                                              減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                                                                              96

                                                                                                                                                                                              断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                                                                              議論とまとめ

                                                                                                                                                                                              3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                                                                              軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                                                                              総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                                                                              考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                                                                              倍 )

                                                                                                                                                                                              将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                                                                              97

                                                                                                                                                                                              1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                                                                              太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                                                                              太陽と磁場

                                                                                                                                                                                              Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                                                                              98

                                                                                                                                                                                              活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                                              活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                                                                              磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                                                                              太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                                                                              Zwaan (1985)

                                                                                                                                                                                              Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                                                                              99

                                                                                                                                                                                              磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                                                              磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                                                              る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                                                              Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                                                              内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                                                              外圧 Pe

                                                                                                                                                                                              ggf ieb )(

                                                                                                                                                                                              100

                                                                                                                                                                                              活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                                              AR 10926

                                                                                                                                                                                              101

                                                                                                                                                                                              磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                                                              磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                              102

                                                                                                                                                                                              対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                              ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                                                              た 細管近似

                                                                                                                                                                                              対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                                                              物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                                                              Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                                                              103

                                                                                                                                                                                              対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                              非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                                                              大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                                                              中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                                                              Fan (2001a)104

                                                                                                                                                                                              対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                                                              しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                                                              細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                                                              したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                              105

                                                                                                                                                                                              浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                                                              光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                                                              的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                                                              対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                                                              Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                                                              光球付近での減速機構

                                                                                                                                                                                              光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                                                              Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                                                              Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                                                              Magara (2001)

                                                                                                                                                                                              107

                                                                                                                                                                                              本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                                              上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                                              しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                                              対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                                              しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                                              したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                              108

                                                                                                                                                                                              本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                                              そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                                              対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                                              典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                              典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                                              本研究の目的

                                                                                                                                                                                              減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                                              2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                                              典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                              典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                                              数値モデル

                                                                                                                                                                                              初期条件

                                                                                                                                                                                              xH-400 0 400

                                                                                                                                                                                              zH

                                                                                                                                                                                              200

                                                                                                                                                                                              100

                                                                                                                                                                                              -200

                                                                                                                                                                                              -100

                                                                                                                                                                                              NX timesNZ

                                                                                                                                                                                              =1536times1920

                                                                                                                                                                                              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                                              磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                                              磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                                              光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                                              111

                                                                                                                                                                                              LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                                              LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                                              数値モデル (22)

                                                                                                                                                                                              対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                                              無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                                              速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                                              時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                                              密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                                              圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                                              温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                                              磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                                              数値モデル (23)

                                                                                                                                                                                              初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                                              磁場BX

                                                                                                                                                                                              密度ρ

                                                                                                                                                                                              圧力 p

                                                                                                                                                                                              温度 T

                                                                                                                                                                                              対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                                              113

                                                                                                                                                                                              数値モデル (24)

                                                                                                                                                                                              境界条件

                                                                                                                                                                                              -400 0 400

                                                                                                                                                                                              200

                                                                                                                                                                                              100

                                                                                                                                                                                              -200

                                                                                                                                                                                              -100

                                                                                                                                                                                              周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                                              減衰領域

                                                                                                                                                                                              x H0

                                                                                                                                                                                              z H0

                                                                                                                                                                                              114

                                                                                                                                                                                              数値モデル (14)

                                                                                                                                                                                              初期条件

                                                                                                                                                                                              x H0

                                                                                                                                                                                              -400 0 400

                                                                                                                                                                                              z H0

                                                                                                                                                                                              200

                                                                                                                                                                                              100

                                                                                                                                                                                              -200

                                                                                                                                                                                              -100

                                                                                                                                                                                              NZ=1920

                                                                                                                                                                                              NX=1536

                                                                                                                                                                                              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                                              width D

                                                                                                                                                                                              z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                                              115

                                                                                                                                                                                              減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                              磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                              116

                                                                                                                                                                                              減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                              磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                              シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                              磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                              磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                              減速

                                                                                                                                                                                              117

                                                                                                                                                                                              光球付近における減速

                                                                                                                                                                                              磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                              磁場

                                                                                                                                                                                              密度差

                                                                                                                                                                                              磁場

                                                                                                                                                                                              密度差密度差

                                                                                                                                                                                              磁場

                                                                                                                                                                                              118

                                                                                                                                                                                              5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                              119

                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                              磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                              総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                              を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                              総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                              磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                              120

                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                              2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                              点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                              121

                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                              減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                              122

                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                              2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                              123

                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                              2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                              124

                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                              times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                              125

                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                              密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                              対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                              EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                              127

                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                              times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                              軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                              減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                              129

                                                                                                                                                                                              断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                              減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                              130

                                                                                                                                                                                              Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                              Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                              observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                              2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                              3D simulations131

                                                                                                                                                                                              Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                              Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                              force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                              that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                              132

                                                                                                                                                                                              Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                              Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                              persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                              133

                                                                                                                                                                                              Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                              Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                              gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                              Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                              zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                              134

                                                                                                                                                                                              Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                              135

                                                                                                                                                                                              Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                              Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                              magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                               rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                               rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                               rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                              Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                              136

                                                                                                                                                                                              3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                              137

                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                              138

                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                              twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                              139

                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                              emerged

                                                                                                                                                                                              q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                              q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                              140

                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                              Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                              141

                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                              142

                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                              Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                              Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                              Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                              Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                              Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                              Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                              Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                              plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                              at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                              143

                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                              on the initial twist q

                                                                                                                                                                                              q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                              144

                                                                                                                                                                                              dVB

                                                                                                                                                                                              E corona

                                                                                                                                                                                              2

                                                                                                                                                                                              mag 8

                                                                                                                                                                                              Setup and Results

                                                                                                                                                                                              Conditions

                                                                                                                                                                                              q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                              145

                                                                                                                                                                                              Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                              Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                              Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                              Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                              Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                              Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                              Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                              Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                              セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                              結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                              146

                                                                                                                                                                                              セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                              結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                              147

                                                                                                                                                                                              • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                              • 内容
                                                                                                                                                                                              • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                              • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                              • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                              • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                              • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                              • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                              • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                              • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                              • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                              • Slide 16
                                                                                                                                                                                              • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                              • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                              • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                              • Slide 21
                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                              • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                              • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                              • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                              • まとめ
                                                                                                                                                                                              • 今後の課題
                                                                                                                                                                                              • Fin
                                                                                                                                                                                              • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                              • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                              • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                              • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                              • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                              • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                              • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                              • Parameter Study
                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                              • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                              • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                              • Slide 59
                                                                                                                                                                                              • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                              • Slide 61
                                                                                                                                                                                              • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                              • Slide 63
                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                              • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                              • Slide 66
                                                                                                                                                                                              • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                              • Setup
                                                                                                                                                                                              • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                              • Appendix
                                                                                                                                                                                              • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                              • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                              • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                              • Slide 74
                                                                                                                                                                                              • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                              • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                              • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                              • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                              • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                              • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                              • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                              • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                              • Observation
                                                                                                                                                                                              • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                              • Results
                                                                                                                                                                                              • Results (2)
                                                                                                                                                                                              • Results (3)
                                                                                                                                                                                              • Results (4)
                                                                                                                                                                                              • Results (5)
                                                                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                              • Observation (2)
                                                                                                                                                                                              • イントロダクション
                                                                                                                                                                                              • 数値モデル
                                                                                                                                                                                              • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                              • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                              • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                              • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                              • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                              • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                              • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                              • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                              • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                              • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                              • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                              • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                              • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                              • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                              • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                              • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                              • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                              • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                              • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                              • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                              • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                              • Setup and Results
                                                                                                                                                                                              • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                              • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                議論とまとめ

                                                                                                                                                                                                結果の比較

                                                                                                                                                                                                物理量 軸方向計算 断面方向計算

                                                                                                                                                                                                初期磁場強度 10times104 G 15times104 G

                                                                                                                                                                                                総磁束量 10times1021 Mx 47times1020 Mx

                                                                                                                                                                                                初期磁束の長さスケール シートの厚さ 1000 km

                                                                                                                                                                                                磁束管の半径 1000 km

                                                                                                                                                                                                初期磁束の深さ -20000 km -20000 km

                                                                                                                                                                                                1段階目の浮上時間 49times104 s 20times104 s

                                                                                                                                                                                                減速した深さ -10000 km -5000 km

                                                                                                                                                                                                96

                                                                                                                                                                                                断面計算の方がbull 速く浮上bull 浅いところで減速

                                                                                                                                                                                                議論とまとめ

                                                                                                                                                                                                3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                                                                                軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                                                                                総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                                                                                考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                                                                                倍 )

                                                                                                                                                                                                将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                                                                                97

                                                                                                                                                                                                1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                                                                                太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                                                                                太陽と磁場

                                                                                                                                                                                                Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                                                                                98

                                                                                                                                                                                                活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                                                活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                                                                                磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                                                                                太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                                                                                Zwaan (1985)

                                                                                                                                                                                                Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                                                                                99

                                                                                                                                                                                                磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                                                                磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                                                                る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                                                                Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                                                                内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                                                                外圧 Pe

                                                                                                                                                                                                ggf ieb )(

                                                                                                                                                                                                100

                                                                                                                                                                                                活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                                                AR 10926

                                                                                                                                                                                                101

                                                                                                                                                                                                磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                                                                磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                                102

                                                                                                                                                                                                対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                                ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                                                                た 細管近似

                                                                                                                                                                                                対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                                                                物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                                                                Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                                                                103

                                                                                                                                                                                                対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                                非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                                                                大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                                                                中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                                                                Fan (2001a)104

                                                                                                                                                                                                対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                                                                しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                                                                細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                                                                したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                                105

                                                                                                                                                                                                浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                                                                光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                                                                的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                                                                対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                                                                Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                                                                光球付近での減速機構

                                                                                                                                                                                                光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                                                                Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                                                                Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                                                                Magara (2001)

                                                                                                                                                                                                107

                                                                                                                                                                                                本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                                                上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                                                しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                                                対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                                                しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                                                したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                                108

                                                                                                                                                                                                本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                                                そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                                                対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                                                典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                                                本研究の目的

                                                                                                                                                                                                減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                                                2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                                                典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                                                数値モデル

                                                                                                                                                                                                初期条件

                                                                                                                                                                                                xH-400 0 400

                                                                                                                                                                                                zH

                                                                                                                                                                                                200

                                                                                                                                                                                                100

                                                                                                                                                                                                -200

                                                                                                                                                                                                -100

                                                                                                                                                                                                NX timesNZ

                                                                                                                                                                                                =1536times1920

                                                                                                                                                                                                BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                                                磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                                                磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                                                光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                                                111

                                                                                                                                                                                                LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                                                LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                                                数値モデル (22)

                                                                                                                                                                                                対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                                                無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                                                速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                                                時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                                                密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                                                圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                                                温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                                                磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                                                数値モデル (23)

                                                                                                                                                                                                初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                                                磁場BX

                                                                                                                                                                                                密度ρ

                                                                                                                                                                                                圧力 p

                                                                                                                                                                                                温度 T

                                                                                                                                                                                                対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                                                113

                                                                                                                                                                                                数値モデル (24)

                                                                                                                                                                                                境界条件

                                                                                                                                                                                                -400 0 400

                                                                                                                                                                                                200

                                                                                                                                                                                                100

                                                                                                                                                                                                -200

                                                                                                                                                                                                -100

                                                                                                                                                                                                周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                                                減衰領域

                                                                                                                                                                                                x H0

                                                                                                                                                                                                z H0

                                                                                                                                                                                                114

                                                                                                                                                                                                数値モデル (14)

                                                                                                                                                                                                初期条件

                                                                                                                                                                                                x H0

                                                                                                                                                                                                -400 0 400

                                                                                                                                                                                                z H0

                                                                                                                                                                                                200

                                                                                                                                                                                                100

                                                                                                                                                                                                -200

                                                                                                                                                                                                -100

                                                                                                                                                                                                NZ=1920

                                                                                                                                                                                                NX=1536

                                                                                                                                                                                                BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                                                width D

                                                                                                                                                                                                z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                                                115

                                                                                                                                                                                                減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                116

                                                                                                                                                                                                減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                                シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                                磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                                磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                                減速

                                                                                                                                                                                                117

                                                                                                                                                                                                光球付近における減速

                                                                                                                                                                                                磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                磁場

                                                                                                                                                                                                密度差

                                                                                                                                                                                                磁場

                                                                                                                                                                                                密度差密度差

                                                                                                                                                                                                磁場

                                                                                                                                                                                                118

                                                                                                                                                                                                5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                                119

                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                                磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                                総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                120

                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                                2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                                点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                                121

                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                                減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                122

                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                                2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                123

                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                124

                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                125

                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                127

                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                129

                                                                                                                                                                                                断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                130

                                                                                                                                                                                                Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                3D simulations131

                                                                                                                                                                                                Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                132

                                                                                                                                                                                                Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                133

                                                                                                                                                                                                Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                134

                                                                                                                                                                                                Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                135

                                                                                                                                                                                                Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                 rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                 rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                 rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                136

                                                                                                                                                                                                3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                137

                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                138

                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                139

                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                emerged

                                                                                                                                                                                                q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                140

                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                141

                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                142

                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                143

                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                  Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                  Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                144

                                                                                                                                                                                                dVB

                                                                                                                                                                                                E corona

                                                                                                                                                                                                2

                                                                                                                                                                                                mag 8

                                                                                                                                                                                                Setup and Results

                                                                                                                                                                                                Conditions

                                                                                                                                                                                                q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                145

                                                                                                                                                                                                Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                146

                                                                                                                                                                                                セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                147

                                                                                                                                                                                                • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                • 内容
                                                                                                                                                                                                • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                • Slide 16
                                                                                                                                                                                                • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                • Slide 21
                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                • まとめ
                                                                                                                                                                                                • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                • Fin
                                                                                                                                                                                                • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                • Slide 59
                                                                                                                                                                                                • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                • Slide 61
                                                                                                                                                                                                • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                • Slide 63
                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                • Slide 66
                                                                                                                                                                                                • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                • Setup
                                                                                                                                                                                                • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                • Appendix
                                                                                                                                                                                                • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                • Slide 74
                                                                                                                                                                                                • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                • Observation
                                                                                                                                                                                                • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                • Results
                                                                                                                                                                                                • Results (2)
                                                                                                                                                                                                • Results (3)
                                                                                                                                                                                                • Results (4)
                                                                                                                                                                                                • Results (5)
                                                                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                  議論とまとめ

                                                                                                                                                                                                  3 次元計算へ向けて(修論) 必要な条件

                                                                                                                                                                                                  軸磁場強度 Btube ~ 104 G

                                                                                                                                                                                                  総磁束量 Φ ~ 1021 ndash 1022 Mx (ねじれ q gt 25times10-4 km-1 )

                                                                                                                                                                                                  考慮すべき課題 格子点数 N~106 rarr N~109  (同じ解像度なら 1000

                                                                                                                                                                                                  倍 )

                                                                                                                                                                                                  将来の課題( D 論以降) 大規模な浮上磁場と対流との相互作用

                                                                                                                                                                                                  97

                                                                                                                                                                                                  1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                                                                                  太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                                                                                  太陽と磁場

                                                                                                                                                                                                  Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                                                                                  98

                                                                                                                                                                                                  活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                                                  活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                                                                                  磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                                                                                  太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                                                                                  Zwaan (1985)

                                                                                                                                                                                                  Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                                                                                  99

                                                                                                                                                                                                  磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                                                                  磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                                                                  る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                                                                  Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                                                                  内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                                                                  外圧 Pe

                                                                                                                                                                                                  ggf ieb )(

                                                                                                                                                                                                  100

                                                                                                                                                                                                  活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                                                  AR 10926

                                                                                                                                                                                                  101

                                                                                                                                                                                                  磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                                                                  磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                                  102

                                                                                                                                                                                                  対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                                  ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                                                                  た 細管近似

                                                                                                                                                                                                  対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                                                                  物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                                                                  Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                                                                  103

                                                                                                                                                                                                  対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                                  非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                                                                  大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                                                                  中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                                                                  Fan (2001a)104

                                                                                                                                                                                                  対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                                                                  しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                                                                  細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                                                                  したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                                  105

                                                                                                                                                                                                  浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                                                                  光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                                                                  的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                                                                  対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                                                                  Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                                                                  光球付近での減速機構

                                                                                                                                                                                                  光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                                                                  Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                                                                  Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                                                                  Magara (2001)

                                                                                                                                                                                                  107

                                                                                                                                                                                                  本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                                                  上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                                                  しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                                                  対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                                                  しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                                                  したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                                  108

                                                                                                                                                                                                  本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                                                  そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                                                  対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                                                  典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                  典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                                                  本研究の目的

                                                                                                                                                                                                  減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                                                  2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                                                  典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                  典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                                                  数値モデル

                                                                                                                                                                                                  初期条件

                                                                                                                                                                                                  xH-400 0 400

                                                                                                                                                                                                  zH

                                                                                                                                                                                                  200

                                                                                                                                                                                                  100

                                                                                                                                                                                                  -200

                                                                                                                                                                                                  -100

                                                                                                                                                                                                  NX timesNZ

                                                                                                                                                                                                  =1536times1920

                                                                                                                                                                                                  BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                                                  磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                                                  磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                                                  光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                                                  111

                                                                                                                                                                                                  LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                                                  LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                                                  数値モデル (22)

                                                                                                                                                                                                  対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                                                  無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                                                  速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                                                  時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                                                  密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                                                  圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                                                  温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                                                  磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                                                  数値モデル (23)

                                                                                                                                                                                                  初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                                                  磁場BX

                                                                                                                                                                                                  密度ρ

                                                                                                                                                                                                  圧力 p

                                                                                                                                                                                                  温度 T

                                                                                                                                                                                                  対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                                                  113

                                                                                                                                                                                                  数値モデル (24)

                                                                                                                                                                                                  境界条件

                                                                                                                                                                                                  -400 0 400

                                                                                                                                                                                                  200

                                                                                                                                                                                                  100

                                                                                                                                                                                                  -200

                                                                                                                                                                                                  -100

                                                                                                                                                                                                  周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                                                  減衰領域

                                                                                                                                                                                                  x H0

                                                                                                                                                                                                  z H0

                                                                                                                                                                                                  114

                                                                                                                                                                                                  数値モデル (14)

                                                                                                                                                                                                  初期条件

                                                                                                                                                                                                  x H0

                                                                                                                                                                                                  -400 0 400

                                                                                                                                                                                                  z H0

                                                                                                                                                                                                  200

                                                                                                                                                                                                  100

                                                                                                                                                                                                  -200

                                                                                                                                                                                                  -100

                                                                                                                                                                                                  NZ=1920

                                                                                                                                                                                                  NX=1536

                                                                                                                                                                                                  BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                                                  width D

                                                                                                                                                                                                  z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                                                  115

                                                                                                                                                                                                  減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                  磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                  116

                                                                                                                                                                                                  減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                  磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                                  シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                                  磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                                  磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                                  減速

                                                                                                                                                                                                  117

                                                                                                                                                                                                  光球付近における減速

                                                                                                                                                                                                  磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                  磁場

                                                                                                                                                                                                  密度差

                                                                                                                                                                                                  磁場

                                                                                                                                                                                                  密度差密度差

                                                                                                                                                                                                  磁場

                                                                                                                                                                                                  118

                                                                                                                                                                                                  5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                                  119

                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                                  磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                  総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                  を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                                  総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                  磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                  120

                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                                  2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                                  点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                                  121

                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                                  減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                  122

                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                                  2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                  123

                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                  2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                  124

                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                  times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                  125

                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                  密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                  対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                  EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                  127

                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                  times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                  軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                  減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                  129

                                                                                                                                                                                                  断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                  減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                  130

                                                                                                                                                                                                  Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                  Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                  observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                  2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                  3D simulations131

                                                                                                                                                                                                  Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                  Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                  force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                  that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                  132

                                                                                                                                                                                                  Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                  Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                  persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                  133

                                                                                                                                                                                                  Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                  Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                  gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                  Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                  zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                  134

                                                                                                                                                                                                  Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                  135

                                                                                                                                                                                                  Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                  Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                  magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                   rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                   rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                   rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                  Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                  136

                                                                                                                                                                                                  3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                  137

                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                  138

                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                  twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                  139

                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                  emerged

                                                                                                                                                                                                  q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                  q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                  140

                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                  Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                  141

                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                  142

                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                  Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                  Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                  Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                  Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                  Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                  Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                  Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                  plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                  at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                  143

                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                  on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                  q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                    Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                    Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                  144

                                                                                                                                                                                                  dVB

                                                                                                                                                                                                  E corona

                                                                                                                                                                                                  2

                                                                                                                                                                                                  mag 8

                                                                                                                                                                                                  Setup and Results

                                                                                                                                                                                                  Conditions

                                                                                                                                                                                                  q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                  145

                                                                                                                                                                                                  Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                  Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                  Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                  Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                  Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                  Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                  Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                  Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                  セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                  結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                  146

                                                                                                                                                                                                  セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                  結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                  147

                                                                                                                                                                                                  • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                  • 内容
                                                                                                                                                                                                  • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                  • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                  • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                  • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                  • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                  • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                  • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                  • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                  • Slide 16
                                                                                                                                                                                                  • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                  • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                  • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                  • Slide 21
                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                  • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                  • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                  • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                  • まとめ
                                                                                                                                                                                                  • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                  • Fin
                                                                                                                                                                                                  • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                  • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                  • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                  • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                  • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                  • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                  • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                  • Slide 59
                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                  • Slide 61
                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                  • Slide 63
                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                  • Slide 66
                                                                                                                                                                                                  • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                  • Setup
                                                                                                                                                                                                  • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                  • Appendix
                                                                                                                                                                                                  • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                  • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                  • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                  • Slide 74
                                                                                                                                                                                                  • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                  • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                  • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                  • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                  • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                  • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                  • Observation
                                                                                                                                                                                                  • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                  • Results
                                                                                                                                                                                                  • Results (2)
                                                                                                                                                                                                  • Results (3)
                                                                                                                                                                                                  • Results (4)
                                                                                                                                                                                                  • Results (5)
                                                                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                  • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                  • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                  • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                  • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                  • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                  • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                  • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                  • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                  • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                  • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                  • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                  • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                  • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                  • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                  • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                  • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                  • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                  • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                  • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                  • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                  • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                  • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                  • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                    1 G = 10-4 T = 105 nT

                                                                                                                                                                                                    太陽活動は磁場と密接に関連する 活動領域 (~ 1000 G)静穏領域 (~ 1 G)

                                                                                                                                                                                                    太陽と磁場

                                                                                                                                                                                                    Soft X-ray image (YohkohSXT)   Magnetogram (SOHOMDI)

                                                                                                                                                                                                    98

                                                                                                                                                                                                    活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                                                    活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                                                                                    磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                                                                                    太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                                                                                    Zwaan (1985)

                                                                                                                                                                                                    Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                                                                                    99

                                                                                                                                                                                                    磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                                                                    磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                                                                    る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                                                                    Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                                                                    内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                                                                    外圧 Pe

                                                                                                                                                                                                    ggf ieb )(

                                                                                                                                                                                                    100

                                                                                                                                                                                                    活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                                                    AR 10926

                                                                                                                                                                                                    101

                                                                                                                                                                                                    磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                                                                    磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                                    102

                                                                                                                                                                                                    対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                                    ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                                                                    た 細管近似

                                                                                                                                                                                                    対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                                                                    物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                                                                    Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                                                                    103

                                                                                                                                                                                                    対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                                    非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                                                                    大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                                                                    中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                                                                    Fan (2001a)104

                                                                                                                                                                                                    対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                                                                    しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                                                                    細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                                                                    したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                                    105

                                                                                                                                                                                                    浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                                                                    光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                                                                    的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                                                                    対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                                                                    Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                                                                    光球付近での減速機構

                                                                                                                                                                                                    光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                                                                    Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                                                                    Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                                                                    Magara (2001)

                                                                                                                                                                                                    107

                                                                                                                                                                                                    本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                                                    上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                                                    しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                                                    対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                                                    しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                                                    したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                                    108

                                                                                                                                                                                                    本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                                                    そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                                                    対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                                                    典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                    典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                                                    本研究の目的

                                                                                                                                                                                                    減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                                                    2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                                                    典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                    典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                                                    数値モデル

                                                                                                                                                                                                    初期条件

                                                                                                                                                                                                    xH-400 0 400

                                                                                                                                                                                                    zH

                                                                                                                                                                                                    200

                                                                                                                                                                                                    100

                                                                                                                                                                                                    -200

                                                                                                                                                                                                    -100

                                                                                                                                                                                                    NX timesNZ

                                                                                                                                                                                                    =1536times1920

                                                                                                                                                                                                    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                                                    磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                                                    磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                                                    光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                                                    111

                                                                                                                                                                                                    LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                                                    LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                                                    数値モデル (22)

                                                                                                                                                                                                    対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                                                    無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                                                    速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                                                    時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                                                    密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                                                    圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                                                    温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                                                    磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                                                    数値モデル (23)

                                                                                                                                                                                                    初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                                                    磁場BX

                                                                                                                                                                                                    密度ρ

                                                                                                                                                                                                    圧力 p

                                                                                                                                                                                                    温度 T

                                                                                                                                                                                                    対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                                                    113

                                                                                                                                                                                                    数値モデル (24)

                                                                                                                                                                                                    境界条件

                                                                                                                                                                                                    -400 0 400

                                                                                                                                                                                                    200

                                                                                                                                                                                                    100

                                                                                                                                                                                                    -200

                                                                                                                                                                                                    -100

                                                                                                                                                                                                    周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                                                    減衰領域

                                                                                                                                                                                                    x H0

                                                                                                                                                                                                    z H0

                                                                                                                                                                                                    114

                                                                                                                                                                                                    数値モデル (14)

                                                                                                                                                                                                    初期条件

                                                                                                                                                                                                    x H0

                                                                                                                                                                                                    -400 0 400

                                                                                                                                                                                                    z H0

                                                                                                                                                                                                    200

                                                                                                                                                                                                    100

                                                                                                                                                                                                    -200

                                                                                                                                                                                                    -100

                                                                                                                                                                                                    NZ=1920

                                                                                                                                                                                                    NX=1536

                                                                                                                                                                                                    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                                                    width D

                                                                                                                                                                                                    z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                                                    115

                                                                                                                                                                                                    減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                    116

                                                                                                                                                                                                    減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                    磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                                    シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                                    磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                                    磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                                    減速

                                                                                                                                                                                                    117

                                                                                                                                                                                                    光球付近における減速

                                                                                                                                                                                                    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                    磁場

                                                                                                                                                                                                    密度差

                                                                                                                                                                                                    磁場

                                                                                                                                                                                                    密度差密度差

                                                                                                                                                                                                    磁場

                                                                                                                                                                                                    118

                                                                                                                                                                                                    5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                                    119

                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                                    磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                    総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                    を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                                    総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                    磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                    120

                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                                    2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                                    点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                                    121

                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                                    減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                    122

                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                                    2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                    123

                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                    2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                    124

                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                    times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                    125

                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                    密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                    対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                    EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                    127

                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                    times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                    軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                    減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                    129

                                                                                                                                                                                                    断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                    減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                    130

                                                                                                                                                                                                    Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                    Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                    observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                    2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                    3D simulations131

                                                                                                                                                                                                    Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                    Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                    force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                    that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                    132

                                                                                                                                                                                                    Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                    Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                    persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                    133

                                                                                                                                                                                                    Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                    Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                    gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                    Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                    zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                    134

                                                                                                                                                                                                    Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                    135

                                                                                                                                                                                                    Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                    Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                    magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                     rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                     rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                     rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                    Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                    136

                                                                                                                                                                                                    3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                    137

                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                    138

                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                    twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                    139

                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                    emerged

                                                                                                                                                                                                    q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                    q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                    140

                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                    Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                    141

                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                    142

                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                    Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                    Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                    Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                    Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                    Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                    Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                    Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                    plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                    at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                    143

                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                    on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                    q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                      Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                      Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                    144

                                                                                                                                                                                                    dVB

                                                                                                                                                                                                    E corona

                                                                                                                                                                                                    2

                                                                                                                                                                                                    mag 8

                                                                                                                                                                                                    Setup and Results

                                                                                                                                                                                                    Conditions

                                                                                                                                                                                                    q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                    145

                                                                                                                                                                                                    Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                    Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                    Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                    Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                    Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                    Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                    Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                    Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                    セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                    結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                    146

                                                                                                                                                                                                    セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                    結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                    147

                                                                                                                                                                                                    • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                    • 内容
                                                                                                                                                                                                    • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                    • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                    • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                    • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                    • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                    • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                    • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                    • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                    • Slide 16
                                                                                                                                                                                                    • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                    • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                    • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                    • Slide 21
                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                    • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                    • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                    • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                    • まとめ
                                                                                                                                                                                                    • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                    • Fin
                                                                                                                                                                                                    • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                    • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                    • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                    • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                    • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                    • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                    • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                    • Slide 59
                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                    • Slide 61
                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                    • Slide 63
                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                    • Slide 66
                                                                                                                                                                                                    • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                    • Setup
                                                                                                                                                                                                    • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                    • Appendix
                                                                                                                                                                                                    • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                    • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                    • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                    • Slide 74
                                                                                                                                                                                                    • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                    • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                    • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                    • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                    • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                    • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                    • Observation
                                                                                                                                                                                                    • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                    • Results
                                                                                                                                                                                                    • Results (2)
                                                                                                                                                                                                    • Results (3)
                                                                                                                                                                                                    • Results (4)
                                                                                                                                                                                                    • Results (5)
                                                                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                    • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                    • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                    • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                    • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                    • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                    • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                    • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                    • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                    • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                    • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                    • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                    • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                    • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                    • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                    • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                    • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                    • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                    • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                    • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                    • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                    • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                    • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                    • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                      活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                                                      活動領域 対流層底部でダイナモ作用によって磁束が形成される

                                                                                                                                                                                                      磁気浮力によって浮上する( Parker 不安定性)

                                                                                                                                                                                                      太陽表面に出現することで活動領域を生じる

                                                                                                                                                                                                      Zwaan (1985)

                                                                                                                                                                                                      Coronal loops (TRACE 171Å)   Magnetogram (SOHOMDI)AR 10897

                                                                                                                                                                                                      99

                                                                                                                                                                                                      磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                                                                      磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                                                                      る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                                                                      Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                                                                      内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                                                                      外圧 Pe

                                                                                                                                                                                                      ggf ieb )(

                                                                                                                                                                                                      100

                                                                                                                                                                                                      活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                                                      AR 10926

                                                                                                                                                                                                      101

                                                                                                                                                                                                      磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                                                                      磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                                      102

                                                                                                                                                                                                      対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                                      ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                                                                      た 細管近似

                                                                                                                                                                                                      対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                                                                      物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                                                                      Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                                                                      103

                                                                                                                                                                                                      対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                                      非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                                                                      大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                                                                      中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                                                                      Fan (2001a)104

                                                                                                                                                                                                      対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                                                                      しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                                                                      細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                                                                      したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                                      105

                                                                                                                                                                                                      浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                                                                      光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                                                                      的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                                                                      対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                                                                      Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                                                                      光球付近での減速機構

                                                                                                                                                                                                      光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                                                                      Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                                                                      Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                                                                      Magara (2001)

                                                                                                                                                                                                      107

                                                                                                                                                                                                      本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                                                      上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                                                      しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                                                      対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                                                      しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                                                      したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                                      108

                                                                                                                                                                                                      本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                                                      そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                                                      対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                                                      典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                      典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                                                      本研究の目的

                                                                                                                                                                                                      減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                                                      2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                                                      典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                      典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                                                      数値モデル

                                                                                                                                                                                                      初期条件

                                                                                                                                                                                                      xH-400 0 400

                                                                                                                                                                                                      zH

                                                                                                                                                                                                      200

                                                                                                                                                                                                      100

                                                                                                                                                                                                      -200

                                                                                                                                                                                                      -100

                                                                                                                                                                                                      NX timesNZ

                                                                                                                                                                                                      =1536times1920

                                                                                                                                                                                                      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                                                      磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                                                      磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                                                      光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                                                      111

                                                                                                                                                                                                      LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                                                      LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                                                      数値モデル (22)

                                                                                                                                                                                                      対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                                                      無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                                                      速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                                                      時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                                                      密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                                                      圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                                                      温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                                                      磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                                                      数値モデル (23)

                                                                                                                                                                                                      初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                                                      磁場BX

                                                                                                                                                                                                      密度ρ

                                                                                                                                                                                                      圧力 p

                                                                                                                                                                                                      温度 T

                                                                                                                                                                                                      対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                                                      113

                                                                                                                                                                                                      数値モデル (24)

                                                                                                                                                                                                      境界条件

                                                                                                                                                                                                      -400 0 400

                                                                                                                                                                                                      200

                                                                                                                                                                                                      100

                                                                                                                                                                                                      -200

                                                                                                                                                                                                      -100

                                                                                                                                                                                                      周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                                                      減衰領域

                                                                                                                                                                                                      x H0

                                                                                                                                                                                                      z H0

                                                                                                                                                                                                      114

                                                                                                                                                                                                      数値モデル (14)

                                                                                                                                                                                                      初期条件

                                                                                                                                                                                                      x H0

                                                                                                                                                                                                      -400 0 400

                                                                                                                                                                                                      z H0

                                                                                                                                                                                                      200

                                                                                                                                                                                                      100

                                                                                                                                                                                                      -200

                                                                                                                                                                                                      -100

                                                                                                                                                                                                      NZ=1920

                                                                                                                                                                                                      NX=1536

                                                                                                                                                                                                      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                                                      width D

                                                                                                                                                                                                      z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                                                      115

                                                                                                                                                                                                      減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                      116

                                                                                                                                                                                                      減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                      磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                                      シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                                      磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                                      磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                                      減速

                                                                                                                                                                                                      117

                                                                                                                                                                                                      光球付近における減速

                                                                                                                                                                                                      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                      磁場

                                                                                                                                                                                                      密度差

                                                                                                                                                                                                      磁場

                                                                                                                                                                                                      密度差密度差

                                                                                                                                                                                                      磁場

                                                                                                                                                                                                      118

                                                                                                                                                                                                      5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                                      119

                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                                      磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                      総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                      を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                                      総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                      磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                      120

                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                                      2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                                      点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                                      121

                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                                      減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                      122

                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                                      2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                      123

                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                      2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                      124

                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                      times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                      125

                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                      密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                      対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                      EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                      127

                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                      times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                      軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                      減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                      129

                                                                                                                                                                                                      断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                      減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                      130

                                                                                                                                                                                                      Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                      Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                      observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                      2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                      3D simulations131

                                                                                                                                                                                                      Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                      Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                      force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                      that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                      132

                                                                                                                                                                                                      Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                      Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                      persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                      133

                                                                                                                                                                                                      Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                      Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                      gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                      Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                      zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                      134

                                                                                                                                                                                                      Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                      135

                                                                                                                                                                                                      Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                      Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                      magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                       rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                       rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                       rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                      Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                      136

                                                                                                                                                                                                      3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                      137

                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                      138

                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                      twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                      139

                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                      emerged

                                                                                                                                                                                                      q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                      q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                      140

                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                      Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                      141

                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                      142

                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                      Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                      Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                      Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                      Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                      Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                      Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                      Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                      plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                      at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                      143

                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                      on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                      q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                        Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                        Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                      144

                                                                                                                                                                                                      dVB

                                                                                                                                                                                                      E corona

                                                                                                                                                                                                      2

                                                                                                                                                                                                      mag 8

                                                                                                                                                                                                      Setup and Results

                                                                                                                                                                                                      Conditions

                                                                                                                                                                                                      q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                      145

                                                                                                                                                                                                      Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                      Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                      Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                      Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                      Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                      Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                      Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                      Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                      セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                      結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                      146

                                                                                                                                                                                                      セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                      結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                      147

                                                                                                                                                                                                      • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                      • 内容
                                                                                                                                                                                                      • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                      • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                      • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                      • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                      • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                      • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                      • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                      • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                      • Slide 16
                                                                                                                                                                                                      • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                      • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                      • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                      • Slide 21
                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                      • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                      • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                      • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                      • まとめ
                                                                                                                                                                                                      • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                      • Fin
                                                                                                                                                                                                      • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                      • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                      • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                      • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                      • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                      • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                      • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                      • Slide 59
                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                      • Slide 61
                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                      • Slide 63
                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                      • Slide 66
                                                                                                                                                                                                      • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                      • Setup
                                                                                                                                                                                                      • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                      • Appendix
                                                                                                                                                                                                      • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                      • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                      • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                      • Slide 74
                                                                                                                                                                                                      • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                      • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                      • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                      • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                      • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                      • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                      • Observation
                                                                                                                                                                                                      • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                      • Results
                                                                                                                                                                                                      • Results (2)
                                                                                                                                                                                                      • Results (3)
                                                                                                                                                                                                      • Results (4)
                                                                                                                                                                                                      • Results (5)
                                                                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                      • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                      • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                      • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                      • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                      • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                      • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                      • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                      • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                      • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                      • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                      • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                      • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                      • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                      • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                      • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                      • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                      • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                      • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                      • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                      • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                      • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                      • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                      • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                        磁気浮力と Parker 不安定性

                                                                                                                                                                                                        磁気浮力 外圧を内圧と磁気圧が支え

                                                                                                                                                                                                        る 内外に密度差が存在 rarr 磁気浮力

                                                                                                                                                                                                        Parker 不安定性 磁力線に沿って流体が落下 内部密度が減少 磁気浮力が増大 ますます浮上

                                                                                                                                                                                                        内圧 Pi 磁気圧 Pm

                                                                                                                                                                                                        外圧 Pe

                                                                                                                                                                                                        ggf ieb )(

                                                                                                                                                                                                        100

                                                                                                                                                                                                        活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                                                        AR 10926

                                                                                                                                                                                                        101

                                                                                                                                                                                                        磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                                                                        磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                                        102

                                                                                                                                                                                                        対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                                        ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                                                                        た 細管近似

                                                                                                                                                                                                        対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                                                                        物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                                                                        Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                                                                        103

                                                                                                                                                                                                        対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                                        非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                                                                        大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                                                                        中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                                                                        Fan (2001a)104

                                                                                                                                                                                                        対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                                                                        しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                                                                        細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                                                                        したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                                        105

                                                                                                                                                                                                        浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                                                                        光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                                                                        的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                                                                        対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                                                                        Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                                                                        光球付近での減速機構

                                                                                                                                                                                                        光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                                                                        Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                                                                        Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                                                                        Magara (2001)

                                                                                                                                                                                                        107

                                                                                                                                                                                                        本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                                                        上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                                                        しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                                                        対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                                                        しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                                                        したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                                        108

                                                                                                                                                                                                        本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                                                        そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                                                        対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                                                        典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                        典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                                                        本研究の目的

                                                                                                                                                                                                        減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                                                        2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                                                        典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                        典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                                                        数値モデル

                                                                                                                                                                                                        初期条件

                                                                                                                                                                                                        xH-400 0 400

                                                                                                                                                                                                        zH

                                                                                                                                                                                                        200

                                                                                                                                                                                                        100

                                                                                                                                                                                                        -200

                                                                                                                                                                                                        -100

                                                                                                                                                                                                        NX timesNZ

                                                                                                                                                                                                        =1536times1920

                                                                                                                                                                                                        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                                                        磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                                                        磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                                                        光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                                                        111

                                                                                                                                                                                                        LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                                                        LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                                                        数値モデル (22)

                                                                                                                                                                                                        対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                                                        無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                                                        速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                                                        時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                                                        密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                                                        圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                                                        温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                                                        磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                                                        数値モデル (23)

                                                                                                                                                                                                        初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                                                        磁場BX

                                                                                                                                                                                                        密度ρ

                                                                                                                                                                                                        圧力 p

                                                                                                                                                                                                        温度 T

                                                                                                                                                                                                        対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                                                        113

                                                                                                                                                                                                        数値モデル (24)

                                                                                                                                                                                                        境界条件

                                                                                                                                                                                                        -400 0 400

                                                                                                                                                                                                        200

                                                                                                                                                                                                        100

                                                                                                                                                                                                        -200

                                                                                                                                                                                                        -100

                                                                                                                                                                                                        周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                                                        減衰領域

                                                                                                                                                                                                        x H0

                                                                                                                                                                                                        z H0

                                                                                                                                                                                                        114

                                                                                                                                                                                                        数値モデル (14)

                                                                                                                                                                                                        初期条件

                                                                                                                                                                                                        x H0

                                                                                                                                                                                                        -400 0 400

                                                                                                                                                                                                        z H0

                                                                                                                                                                                                        200

                                                                                                                                                                                                        100

                                                                                                                                                                                                        -200

                                                                                                                                                                                                        -100

                                                                                                                                                                                                        NZ=1920

                                                                                                                                                                                                        NX=1536

                                                                                                                                                                                                        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                                                        width D

                                                                                                                                                                                                        z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                                                        115

                                                                                                                                                                                                        減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                        116

                                                                                                                                                                                                        減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                        磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                                        シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                                        磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                                        磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                                        減速

                                                                                                                                                                                                        117

                                                                                                                                                                                                        光球付近における減速

                                                                                                                                                                                                        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                        磁場

                                                                                                                                                                                                        密度差

                                                                                                                                                                                                        磁場

                                                                                                                                                                                                        密度差密度差

                                                                                                                                                                                                        磁場

                                                                                                                                                                                                        118

                                                                                                                                                                                                        5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                                        119

                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                                        磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                        総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                        を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                                        総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                        磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                        120

                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                                        2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                                        点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                                        121

                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                                        減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                        122

                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                                        2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                        123

                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                        2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                        124

                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                        times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                        125

                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                        密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                        対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                        EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                        127

                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                        times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                        軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                        減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                        129

                                                                                                                                                                                                        断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                        減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                        130

                                                                                                                                                                                                        Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                        Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                        observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                        2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                        3D simulations131

                                                                                                                                                                                                        Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                        Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                        force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                        that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                        132

                                                                                                                                                                                                        Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                        Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                        persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                        133

                                                                                                                                                                                                        Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                        Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                        gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                        Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                        zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                        134

                                                                                                                                                                                                        Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                        135

                                                                                                                                                                                                        Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                        Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                        magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                         rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                         rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                         rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                        Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                        136

                                                                                                                                                                                                        3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                        137

                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                        138

                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                        twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                        139

                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                        emerged

                                                                                                                                                                                                        q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                        q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                        140

                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                        Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                        141

                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                        142

                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                        Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                        Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                        Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                        Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                        Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                        Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                        Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                        plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                        at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                        143

                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                        on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                        q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                          Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                          Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                        144

                                                                                                                                                                                                        dVB

                                                                                                                                                                                                        E corona

                                                                                                                                                                                                        2

                                                                                                                                                                                                        mag 8

                                                                                                                                                                                                        Setup and Results

                                                                                                                                                                                                        Conditions

                                                                                                                                                                                                        q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                        145

                                                                                                                                                                                                        Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                        Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                        Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                        Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                        Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                        Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                        Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                        Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                        セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                        結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                        146

                                                                                                                                                                                                        セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                        結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                        147

                                                                                                                                                                                                        • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                        • 内容
                                                                                                                                                                                                        • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                        • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                        • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                        • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                        • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                        • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                        • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                        • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                        • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                        • Slide 16
                                                                                                                                                                                                        • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                        • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                        • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                        • Slide 21
                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                        • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                        • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                        • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                        • まとめ
                                                                                                                                                                                                        • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                        • Fin
                                                                                                                                                                                                        • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                        • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                        • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                        • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                        • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                        • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                        • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                        • Slide 59
                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                        • Slide 61
                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                        • Slide 63
                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                        • Slide 66
                                                                                                                                                                                                        • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                        • Setup
                                                                                                                                                                                                        • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                        • Appendix
                                                                                                                                                                                                        • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                        • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                        • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                        • Slide 74
                                                                                                                                                                                                        • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                        • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                        • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                        • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                        • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                        • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                        • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                        • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                        • Observation
                                                                                                                                                                                                        • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                        • Results
                                                                                                                                                                                                        • Results (2)
                                                                                                                                                                                                        • Results (3)
                                                                                                                                                                                                        • Results (4)
                                                                                                                                                                                                        • Results (5)
                                                                                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                        • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                        • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                        • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                        • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                        • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                        • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                        • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                        • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                        • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                        • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                        • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                        • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                        • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                        • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                        • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                        • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                        • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                        • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                        • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                        • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                        • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                        • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                        • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                        • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                        • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                        • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                          活動領域と浮上磁場

                                                                                                                                                                                                          AR 10926

                                                                                                                                                                                                          101

                                                                                                                                                                                                          磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                                                                          磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                                          102

                                                                                                                                                                                                          対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                                          ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                                                                          た 細管近似

                                                                                                                                                                                                          対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                                                                          物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                                                                          Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                                                                          103

                                                                                                                                                                                                          対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                                          非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                                                                          大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                                                                          中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                                                                          Fan (2001a)104

                                                                                                                                                                                                          対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                                                                          しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                                                                          細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                                                                          したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                                          105

                                                                                                                                                                                                          浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                                                                          光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                                                                          的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                                                                          対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                                                                          Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                                                                          光球付近での減速機構

                                                                                                                                                                                                          光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                                                                          Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                                                                          Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                                                                          Magara (2001)

                                                                                                                                                                                                          107

                                                                                                                                                                                                          本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                                                          上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                                                          しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                                                          対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                                                          しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                                                          したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                                          108

                                                                                                                                                                                                          本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                                                          そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                                                          対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                                                          典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                          典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                                                          本研究の目的

                                                                                                                                                                                                          減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                                                          2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                                                          典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                          典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                                                          数値モデル

                                                                                                                                                                                                          初期条件

                                                                                                                                                                                                          xH-400 0 400

                                                                                                                                                                                                          zH

                                                                                                                                                                                                          200

                                                                                                                                                                                                          100

                                                                                                                                                                                                          -200

                                                                                                                                                                                                          -100

                                                                                                                                                                                                          NX timesNZ

                                                                                                                                                                                                          =1536times1920

                                                                                                                                                                                                          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                                                          磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                                                          磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                                                          光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                                                          111

                                                                                                                                                                                                          LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                                                          LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                                                          数値モデル (22)

                                                                                                                                                                                                          対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                                                          無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                                                          速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                                                          時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                                                          密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                                                          圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                                                          温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                                                          磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                                                          数値モデル (23)

                                                                                                                                                                                                          初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                                                          磁場BX

                                                                                                                                                                                                          密度ρ

                                                                                                                                                                                                          圧力 p

                                                                                                                                                                                                          温度 T

                                                                                                                                                                                                          対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                                                          113

                                                                                                                                                                                                          数値モデル (24)

                                                                                                                                                                                                          境界条件

                                                                                                                                                                                                          -400 0 400

                                                                                                                                                                                                          200

                                                                                                                                                                                                          100

                                                                                                                                                                                                          -200

                                                                                                                                                                                                          -100

                                                                                                                                                                                                          周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                                                          減衰領域

                                                                                                                                                                                                          x H0

                                                                                                                                                                                                          z H0

                                                                                                                                                                                                          114

                                                                                                                                                                                                          数値モデル (14)

                                                                                                                                                                                                          初期条件

                                                                                                                                                                                                          x H0

                                                                                                                                                                                                          -400 0 400

                                                                                                                                                                                                          z H0

                                                                                                                                                                                                          200

                                                                                                                                                                                                          100

                                                                                                                                                                                                          -200

                                                                                                                                                                                                          -100

                                                                                                                                                                                                          NZ=1920

                                                                                                                                                                                                          NX=1536

                                                                                                                                                                                                          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                                                          width D

                                                                                                                                                                                                          z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                                                          115

                                                                                                                                                                                                          減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                          116

                                                                                                                                                                                                          減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                          磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                                          シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                                          磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                                          磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                                          減速

                                                                                                                                                                                                          117

                                                                                                                                                                                                          光球付近における減速

                                                                                                                                                                                                          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                          磁場

                                                                                                                                                                                                          密度差

                                                                                                                                                                                                          磁場

                                                                                                                                                                                                          密度差密度差

                                                                                                                                                                                                          磁場

                                                                                                                                                                                                          118

                                                                                                                                                                                                          5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                                          119

                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                                          磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                          総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                          を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                                          総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                          磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                          120

                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                                          2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                                          点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                                          121

                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                                          減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                          122

                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                                          2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                          123

                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                          2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                          124

                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                          times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                          125

                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                          密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                          対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                          EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                          127

                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                          times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                          軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                          減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                          129

                                                                                                                                                                                                          断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                          減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                          130

                                                                                                                                                                                                          Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                          Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                          observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                          2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                          3D simulations131

                                                                                                                                                                                                          Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                          Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                          force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                          that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                          132

                                                                                                                                                                                                          Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                          Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                          persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                          133

                                                                                                                                                                                                          Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                          Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                          gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                          Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                          zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                          134

                                                                                                                                                                                                          Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                          135

                                                                                                                                                                                                          Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                          Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                          magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                           rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                           rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                           rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                          Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                          136

                                                                                                                                                                                                          3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                          137

                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                          138

                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                          twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                          139

                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                          emerged

                                                                                                                                                                                                          q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                          q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                          140

                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                          Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                          141

                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                          142

                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                          Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                          Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                          Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                          Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                          Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                          Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                          Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                          plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                          at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                          143

                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                          on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                          q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                            Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                            Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                          144

                                                                                                                                                                                                          dVB

                                                                                                                                                                                                          E corona

                                                                                                                                                                                                          2

                                                                                                                                                                                                          mag 8

                                                                                                                                                                                                          Setup and Results

                                                                                                                                                                                                          Conditions

                                                                                                                                                                                                          q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                          145

                                                                                                                                                                                                          Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                          Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                          Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                          Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                          Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                          Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                          Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                          Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                          セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                          結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                          146

                                                                                                                                                                                                          セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                          結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                          147

                                                                                                                                                                                                          • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                          • 内容
                                                                                                                                                                                                          • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                          • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                          • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                          • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                          • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                          • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                          • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                          • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                          • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                          • Slide 16
                                                                                                                                                                                                          • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                          • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                          • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                          • Slide 21
                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                          • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                          • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                          • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                          • まとめ
                                                                                                                                                                                                          • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                          • Fin
                                                                                                                                                                                                          • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                          • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                          • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                          • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                          • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                          • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                          • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                          • Slide 59
                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                          • Slide 61
                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                          • Slide 63
                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                          • Slide 66
                                                                                                                                                                                                          • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                          • Setup
                                                                                                                                                                                                          • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                          • Appendix
                                                                                                                                                                                                          • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                          • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                          • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                          • Slide 74
                                                                                                                                                                                                          • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                          • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                          • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                          • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                          • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                          • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                          • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                          • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                          • Observation
                                                                                                                                                                                                          • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                          • Results
                                                                                                                                                                                                          • Results (2)
                                                                                                                                                                                                          • Results (3)
                                                                                                                                                                                                          • Results (4)
                                                                                                                                                                                                          • Results (5)
                                                                                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                          • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                          • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                          • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                          • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                          • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                          • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                          • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                          • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                          • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                          • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                          • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                          • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                          • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                          • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                          • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                          • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                          • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                          • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                          • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                          • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                          • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                          • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                          • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                          • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                          • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                          • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                            磁束浮上シミュレーション

                                                                                                                                                                                                            磁束浮上シミュレーションは 2種類に大別される 対流層最上部から大気上空への MHD 計算 対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                                            102

                                                                                                                                                                                                            対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                                            ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                                                                            た 細管近似

                                                                                                                                                                                                            対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                                                                            物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                                                                            Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                                                                            103

                                                                                                                                                                                                            対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                                            非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                                                                            大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                                                                            中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                                                                            Fan (2001a)104

                                                                                                                                                                                                            対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                                                                            しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                                                                            細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                                                                            したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                                            105

                                                                                                                                                                                                            浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                                                                            光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                                                                            的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                                                                            対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                                                                            Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                                                                            光球付近での減速機構

                                                                                                                                                                                                            光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                                                                            Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                                                                            Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                                                                            Magara (2001)

                                                                                                                                                                                                            107

                                                                                                                                                                                                            本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                                                            上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                                                            しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                                                            対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                                                            しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                                                            したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                                            108

                                                                                                                                                                                                            本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                                                            そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                                                            対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                                                            典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                            典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                                                            本研究の目的

                                                                                                                                                                                                            減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                                                            2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                                                            典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                            典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                                                            数値モデル

                                                                                                                                                                                                            初期条件

                                                                                                                                                                                                            xH-400 0 400

                                                                                                                                                                                                            zH

                                                                                                                                                                                                            200

                                                                                                                                                                                                            100

                                                                                                                                                                                                            -200

                                                                                                                                                                                                            -100

                                                                                                                                                                                                            NX timesNZ

                                                                                                                                                                                                            =1536times1920

                                                                                                                                                                                                            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                                                            磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                                                            磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                                                            光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                                                            111

                                                                                                                                                                                                            LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                                                            LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                                                            数値モデル (22)

                                                                                                                                                                                                            対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                                                            無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                                                            速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                                                            時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                                                            密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                                                            圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                                                            温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                                                            磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                                                            数値モデル (23)

                                                                                                                                                                                                            初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                                                            磁場BX

                                                                                                                                                                                                            密度ρ

                                                                                                                                                                                                            圧力 p

                                                                                                                                                                                                            温度 T

                                                                                                                                                                                                            対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                                                            113

                                                                                                                                                                                                            数値モデル (24)

                                                                                                                                                                                                            境界条件

                                                                                                                                                                                                            -400 0 400

                                                                                                                                                                                                            200

                                                                                                                                                                                                            100

                                                                                                                                                                                                            -200

                                                                                                                                                                                                            -100

                                                                                                                                                                                                            周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                                                            減衰領域

                                                                                                                                                                                                            x H0

                                                                                                                                                                                                            z H0

                                                                                                                                                                                                            114

                                                                                                                                                                                                            数値モデル (14)

                                                                                                                                                                                                            初期条件

                                                                                                                                                                                                            x H0

                                                                                                                                                                                                            -400 0 400

                                                                                                                                                                                                            z H0

                                                                                                                                                                                                            200

                                                                                                                                                                                                            100

                                                                                                                                                                                                            -200

                                                                                                                                                                                                            -100

                                                                                                                                                                                                            NZ=1920

                                                                                                                                                                                                            NX=1536

                                                                                                                                                                                                            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                                                            width D

                                                                                                                                                                                                            z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                                                            115

                                                                                                                                                                                                            減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                            116

                                                                                                                                                                                                            減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                            磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                                            シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                                            磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                                            磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                                            減速

                                                                                                                                                                                                            117

                                                                                                                                                                                                            光球付近における減速

                                                                                                                                                                                                            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                            磁場

                                                                                                                                                                                                            密度差

                                                                                                                                                                                                            磁場

                                                                                                                                                                                                            密度差密度差

                                                                                                                                                                                                            磁場

                                                                                                                                                                                                            118

                                                                                                                                                                                                            5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                                            119

                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                                            磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                            総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                            を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                                            総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                            磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                            120

                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                                            2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                                            点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                                            121

                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                                            減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                            122

                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                                            2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                            123

                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                            2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                            124

                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                            times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                            125

                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                            密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                            対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                            EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                            127

                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                            times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                            軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                            減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                            129

                                                                                                                                                                                                            断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                            減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                            130

                                                                                                                                                                                                            Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                            Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                            observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                            2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                            3D simulations131

                                                                                                                                                                                                            Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                            Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                            force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                            that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                            132

                                                                                                                                                                                                            Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                            Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                            persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                            133

                                                                                                                                                                                                            Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                            Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                            gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                            Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                            zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                            134

                                                                                                                                                                                                            Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                            135

                                                                                                                                                                                                            Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                            Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                            magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                             rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                             rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                             rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                            Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                            136

                                                                                                                                                                                                            3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                            137

                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                            138

                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                            twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                            139

                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                            emerged

                                                                                                                                                                                                            q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                            q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                            140

                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                            Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                            141

                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                            142

                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                            Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                            Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                            Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                            Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                            Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                            Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                            Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                            plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                            at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                            143

                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                            on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                            q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                              Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                              Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                            144

                                                                                                                                                                                                            dVB

                                                                                                                                                                                                            E corona

                                                                                                                                                                                                            2

                                                                                                                                                                                                            mag 8

                                                                                                                                                                                                            Setup and Results

                                                                                                                                                                                                            Conditions

                                                                                                                                                                                                            q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                            145

                                                                                                                                                                                                            Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                            Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                            Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                            Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                            Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                            Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                            Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                            Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                            セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                            結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                            146

                                                                                                                                                                                                            セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                            結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                            147

                                                                                                                                                                                                            • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                            • 内容
                                                                                                                                                                                                            • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                            • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                            • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                            • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                            • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                            • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                            • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                            • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                            • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                            • Slide 16
                                                                                                                                                                                                            • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                            • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                            • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                            • Slide 21
                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                            • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                            • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                            • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                            • まとめ
                                                                                                                                                                                                            • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                            • Fin
                                                                                                                                                                                                            • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                            • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                            • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                            • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                            • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                            • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                            • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                            • Slide 59
                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                            • Slide 61
                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                            • Slide 63
                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                            • Slide 66
                                                                                                                                                                                                            • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                            • Setup
                                                                                                                                                                                                            • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                            • Appendix
                                                                                                                                                                                                            • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                            • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                            • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                            • Slide 74
                                                                                                                                                                                                            • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                            • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                            • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                            • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                            • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                            • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                            • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                            • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                            • Observation
                                                                                                                                                                                                            • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                            • Results
                                                                                                                                                                                                            • Results (2)
                                                                                                                                                                                                            • Results (3)
                                                                                                                                                                                                            • Results (4)
                                                                                                                                                                                                            • Results (5)
                                                                                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                            • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                            • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                            • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                            • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                            • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                            • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                            • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                            • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                            • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                            • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                            • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                            • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                            • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                            • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                            • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                            • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                            • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                            • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                            • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                            • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                            • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                            • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                            • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                            • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                            • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                            • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                              対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                                              ダイナモ理論 ダイナモ理論の一部として始まっ

                                                                                                                                                                                                              た 細管近似

                                                                                                                                                                                                              対流層内では磁束管は圧力スケール長に比べて十分細いといえる

                                                                                                                                                                                                              物理量は磁束管断面方向にわたって一様であると近似する

                                                                                                                                                                                                              Caligari et al (1995)

                                                                                                                                                                                                              103

                                                                                                                                                                                                              対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                                              非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                                                                              大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                                                                              中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                                                                              Fan (2001a)104

                                                                                                                                                                                                              対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                                                                              しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                                                                              細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                                                                              したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                                              105

                                                                                                                                                                                                              浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                                                                              光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                                                                              的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                                                                              対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                                                                              Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                                                                              光球付近での減速機構

                                                                                                                                                                                                              光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                                                                              Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                                                                              Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                                                                              Magara (2001)

                                                                                                                                                                                                              107

                                                                                                                                                                                                              本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                                                              上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                                                              しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                                                              対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                                                              しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                                                              したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                                              108

                                                                                                                                                                                                              本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                                                              そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                                                              対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                                                              典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                              典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                                                              本研究の目的

                                                                                                                                                                                                              減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                                                              2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                                                              典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                              典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                                                              数値モデル

                                                                                                                                                                                                              初期条件

                                                                                                                                                                                                              xH-400 0 400

                                                                                                                                                                                                              zH

                                                                                                                                                                                                              200

                                                                                                                                                                                                              100

                                                                                                                                                                                                              -200

                                                                                                                                                                                                              -100

                                                                                                                                                                                                              NX timesNZ

                                                                                                                                                                                                              =1536times1920

                                                                                                                                                                                                              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                                                              磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                                                              磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                                                              光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                                                              111

                                                                                                                                                                                                              LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                                                              LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                                                              数値モデル (22)

                                                                                                                                                                                                              対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                                                              無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                                                              速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                                                              時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                                                              密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                                                              圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                                                              温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                                                              磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                                                              数値モデル (23)

                                                                                                                                                                                                              初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                                                              磁場BX

                                                                                                                                                                                                              密度ρ

                                                                                                                                                                                                              圧力 p

                                                                                                                                                                                                              温度 T

                                                                                                                                                                                                              対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                                                              113

                                                                                                                                                                                                              数値モデル (24)

                                                                                                                                                                                                              境界条件

                                                                                                                                                                                                              -400 0 400

                                                                                                                                                                                                              200

                                                                                                                                                                                                              100

                                                                                                                                                                                                              -200

                                                                                                                                                                                                              -100

                                                                                                                                                                                                              周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                                                              減衰領域

                                                                                                                                                                                                              x H0

                                                                                                                                                                                                              z H0

                                                                                                                                                                                                              114

                                                                                                                                                                                                              数値モデル (14)

                                                                                                                                                                                                              初期条件

                                                                                                                                                                                                              x H0

                                                                                                                                                                                                              -400 0 400

                                                                                                                                                                                                              z H0

                                                                                                                                                                                                              200

                                                                                                                                                                                                              100

                                                                                                                                                                                                              -200

                                                                                                                                                                                                              -100

                                                                                                                                                                                                              NZ=1920

                                                                                                                                                                                                              NX=1536

                                                                                                                                                                                                              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                                                              width D

                                                                                                                                                                                                              z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                                                              115

                                                                                                                                                                                                              減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                              磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                              116

                                                                                                                                                                                                              減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                              磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                                              シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                                              磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                                              磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                                              減速

                                                                                                                                                                                                              117

                                                                                                                                                                                                              光球付近における減速

                                                                                                                                                                                                              磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                              磁場

                                                                                                                                                                                                              密度差

                                                                                                                                                                                                              磁場

                                                                                                                                                                                                              密度差密度差

                                                                                                                                                                                                              磁場

                                                                                                                                                                                                              118

                                                                                                                                                                                                              5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                                              119

                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                                              磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                              総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                              を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                                              総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                              磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                              120

                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                                              2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                                              点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                                              121

                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                                              減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                              122

                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                                              2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                              123

                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                              2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                              124

                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                              times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                              125

                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                              密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                              対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                              EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                              127

                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                              times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                              軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                              減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                              129

                                                                                                                                                                                                              断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                              減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                              130

                                                                                                                                                                                                              Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                              Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                              observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                              2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                              3D simulations131

                                                                                                                                                                                                              Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                              Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                              force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                              that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                              132

                                                                                                                                                                                                              Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                              Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                              persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                              133

                                                                                                                                                                                                              Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                              Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                              gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                              Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                              zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                              134

                                                                                                                                                                                                              Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                              135

                                                                                                                                                                                                              Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                              Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                              magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                               rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                               rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                               rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                              Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                              136

                                                                                                                                                                                                              3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                              137

                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                              138

                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                              twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                              139

                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                              emerged

                                                                                                                                                                                                              q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                              q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                              140

                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                              Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                              141

                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                              142

                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                              Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                              Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                              Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                              Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                              Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                              Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                              Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                              plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                              at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                              143

                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                              on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                              q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                              144

                                                                                                                                                                                                              dVB

                                                                                                                                                                                                              E corona

                                                                                                                                                                                                              2

                                                                                                                                                                                                              mag 8

                                                                                                                                                                                                              Setup and Results

                                                                                                                                                                                                              Conditions

                                                                                                                                                                                                              q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                              145

                                                                                                                                                                                                              Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                              Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                              Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                              Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                              Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                              Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                              Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                              Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                              セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                              結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                              146

                                                                                                                                                                                                              セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                              結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                              147

                                                                                                                                                                                                              • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                              • 内容
                                                                                                                                                                                                              • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                              • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                              • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                              • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                              • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                              • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                              • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                              • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                              • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                              • Slide 16
                                                                                                                                                                                                              • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                              • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                              • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                              • Slide 21
                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                              • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                              • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                              • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                              • まとめ
                                                                                                                                                                                                              • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                              • Fin
                                                                                                                                                                                                              • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                              • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                              • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                              • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                              • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                              • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                              • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                              • Slide 59
                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                              • Slide 61
                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                              • Slide 63
                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                              • Slide 66
                                                                                                                                                                                                              • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                              • Setup
                                                                                                                                                                                                              • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                              • Appendix
                                                                                                                                                                                                              • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                              • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                              • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                              • Slide 74
                                                                                                                                                                                                              • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                              • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                              • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                              • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                              • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                              • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                              • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                              • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                              • Observation
                                                                                                                                                                                                              • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                              • Results
                                                                                                                                                                                                              • Results (2)
                                                                                                                                                                                                              • Results (3)
                                                                                                                                                                                                              • Results (4)
                                                                                                                                                                                                              • Results (5)
                                                                                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                              • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                              • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                              • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                              • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                              • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                              • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                              • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                              • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                              • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                              • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                              • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                              • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                              • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                              • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                              • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                              • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                              • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                              • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                              • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                              • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                              • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                              • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                              • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                              • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                              • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                              • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                対流層内部における近似計算

                                                                                                                                                                                                                非弾性近似 対流層では音速は対流速度を

                                                                                                                                                                                                                大きく上回る したがって音速を数値計算

                                                                                                                                                                                                                中で除外する しかし対流層上部では対流速度が音速に近づくため近似が破たんする

                                                                                                                                                                                                                Fan (2001a)104

                                                                                                                                                                                                                対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                                                                                しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                                                                                細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                                                                                したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                                                105

                                                                                                                                                                                                                浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                                                                                光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                                                                                的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                                                                                対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                                                                                Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                                                                                光球付近での減速機構

                                                                                                                                                                                                                光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                                                                                Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                                                                                Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                                                                                Magara (2001)

                                                                                                                                                                                                                107

                                                                                                                                                                                                                本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                                                                上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                                                                しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                                                                対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                                                                しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                                                                したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                                                108

                                                                                                                                                                                                                本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                                                                そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                                                                対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                                                                典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                                典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                                                                本研究の目的

                                                                                                                                                                                                                減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                                                                2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                                                                典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                                典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                                                                数値モデル

                                                                                                                                                                                                                初期条件

                                                                                                                                                                                                                xH-400 0 400

                                                                                                                                                                                                                zH

                                                                                                                                                                                                                200

                                                                                                                                                                                                                100

                                                                                                                                                                                                                -200

                                                                                                                                                                                                                -100

                                                                                                                                                                                                                NX timesNZ

                                                                                                                                                                                                                =1536times1920

                                                                                                                                                                                                                BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                                                                磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                                                                磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                                                                光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                                                                111

                                                                                                                                                                                                                LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                                                                LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                                                                数値モデル (22)

                                                                                                                                                                                                                対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                                                                無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                                                                速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                                                                時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                                                                密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                                                                圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                                                                温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                                                                磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                                                                数値モデル (23)

                                                                                                                                                                                                                初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                                                                磁場BX

                                                                                                                                                                                                                密度ρ

                                                                                                                                                                                                                圧力 p

                                                                                                                                                                                                                温度 T

                                                                                                                                                                                                                対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                                                                113

                                                                                                                                                                                                                数値モデル (24)

                                                                                                                                                                                                                境界条件

                                                                                                                                                                                                                -400 0 400

                                                                                                                                                                                                                200

                                                                                                                                                                                                                100

                                                                                                                                                                                                                -200

                                                                                                                                                                                                                -100

                                                                                                                                                                                                                周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                                                                減衰領域

                                                                                                                                                                                                                x H0

                                                                                                                                                                                                                z H0

                                                                                                                                                                                                                114

                                                                                                                                                                                                                数値モデル (14)

                                                                                                                                                                                                                初期条件

                                                                                                                                                                                                                x H0

                                                                                                                                                                                                                -400 0 400

                                                                                                                                                                                                                z H0

                                                                                                                                                                                                                200

                                                                                                                                                                                                                100

                                                                                                                                                                                                                -200

                                                                                                                                                                                                                -100

                                                                                                                                                                                                                NZ=1920

                                                                                                                                                                                                                NX=1536

                                                                                                                                                                                                                BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                                                                width D

                                                                                                                                                                                                                z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                                                                115

                                                                                                                                                                                                                減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                                磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                                116

                                                                                                                                                                                                                減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                                磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                                                シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                                                磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                                                磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                                                減速

                                                                                                                                                                                                                117

                                                                                                                                                                                                                光球付近における減速

                                                                                                                                                                                                                磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                                磁場

                                                                                                                                                                                                                密度差

                                                                                                                                                                                                                磁場

                                                                                                                                                                                                                密度差密度差

                                                                                                                                                                                                                磁場

                                                                                                                                                                                                                118

                                                                                                                                                                                                                5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                                                119

                                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                                                磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                                                総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                120

                                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                                                2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                                                点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                121

                                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                                                減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                122

                                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                                                2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                123

                                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                                2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                                124

                                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                                times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                                125

                                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                                密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                                対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                                EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                                127

                                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                                times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                                軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                129

                                                                                                                                                                                                                断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                130

                                                                                                                                                                                                                Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                                Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                                observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                                2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                                3D simulations131

                                                                                                                                                                                                                Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                132

                                                                                                                                                                                                                Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                133

                                                                                                                                                                                                                Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                134

                                                                                                                                                                                                                Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                135

                                                                                                                                                                                                                Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                 rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                 rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                 rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                136

                                                                                                                                                                                                                3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                137

                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                138

                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                139

                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                emerged

                                                                                                                                                                                                                q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                140

                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                141

                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                142

                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                143

                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                  Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                  Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                144

                                                                                                                                                                                                                dVB

                                                                                                                                                                                                                E corona

                                                                                                                                                                                                                2

                                                                                                                                                                                                                mag 8

                                                                                                                                                                                                                Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                Conditions

                                                                                                                                                                                                                q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                145

                                                                                                                                                                                                                Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                146

                                                                                                                                                                                                                セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                147

                                                                                                                                                                                                                • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                • 内容
                                                                                                                                                                                                                • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                • まとめ
                                                                                                                                                                                                                • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                • Fin
                                                                                                                                                                                                                • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                • Setup
                                                                                                                                                                                                                • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                • Appendix
                                                                                                                                                                                                                • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                • Observation
                                                                                                                                                                                                                • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                • Results
                                                                                                                                                                                                                • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                  対流層内部における近似計算 (22)

                                                                                                                                                                                                                  しかし磁束管は対流層上部では膨張し圧力スケール長よりも太くなる

                                                                                                                                                                                                                  細管近似は深さ数万 km で破たんする

                                                                                                                                                                                                                  したがって磁場が対流層から光球を通じて上空大気へと浮上する様子を計算するには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                                                  105

                                                                                                                                                                                                                  浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                                                                                  光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                                                                                  的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                                                                                  対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                                                                                  Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                                                                                  光球付近での減速機構

                                                                                                                                                                                                                  光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                                                                                  Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                                                                                  Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                                                                                  Magara (2001)

                                                                                                                                                                                                                  107

                                                                                                                                                                                                                  本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                                                                  上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                                                                  しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                                                                  対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                                                                  しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                                                                  したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                                                  108

                                                                                                                                                                                                                  本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                                                                  そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                                                                  対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                                                                  典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                                  典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                                                                  本研究の目的

                                                                                                                                                                                                                  減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                                                                  2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                                                                  典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                                  典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                                                                  数値モデル

                                                                                                                                                                                                                  初期条件

                                                                                                                                                                                                                  xH-400 0 400

                                                                                                                                                                                                                  zH

                                                                                                                                                                                                                  200

                                                                                                                                                                                                                  100

                                                                                                                                                                                                                  -200

                                                                                                                                                                                                                  -100

                                                                                                                                                                                                                  NX timesNZ

                                                                                                                                                                                                                  =1536times1920

                                                                                                                                                                                                                  BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                                                                  磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                                                                  磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                                                                  光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                                                                  111

                                                                                                                                                                                                                  LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                                                                  LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                                                                  数値モデル (22)

                                                                                                                                                                                                                  対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                                                                  無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                                                                  速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                                                                  時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                                                                  密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                                                                  圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                                                                  温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                                                                  磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                                                                  数値モデル (23)

                                                                                                                                                                                                                  初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                                                                  磁場BX

                                                                                                                                                                                                                  密度ρ

                                                                                                                                                                                                                  圧力 p

                                                                                                                                                                                                                  温度 T

                                                                                                                                                                                                                  対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                                                                  113

                                                                                                                                                                                                                  数値モデル (24)

                                                                                                                                                                                                                  境界条件

                                                                                                                                                                                                                  -400 0 400

                                                                                                                                                                                                                  200

                                                                                                                                                                                                                  100

                                                                                                                                                                                                                  -200

                                                                                                                                                                                                                  -100

                                                                                                                                                                                                                  周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                                                                  減衰領域

                                                                                                                                                                                                                  x H0

                                                                                                                                                                                                                  z H0

                                                                                                                                                                                                                  114

                                                                                                                                                                                                                  数値モデル (14)

                                                                                                                                                                                                                  初期条件

                                                                                                                                                                                                                  x H0

                                                                                                                                                                                                                  -400 0 400

                                                                                                                                                                                                                  z H0

                                                                                                                                                                                                                  200

                                                                                                                                                                                                                  100

                                                                                                                                                                                                                  -200

                                                                                                                                                                                                                  -100

                                                                                                                                                                                                                  NZ=1920

                                                                                                                                                                                                                  NX=1536

                                                                                                                                                                                                                  BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                                                                  width D

                                                                                                                                                                                                                  z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                                                                  115

                                                                                                                                                                                                                  減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                                  磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                                  116

                                                                                                                                                                                                                  減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                                  磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                                                  シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                                                  磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                                                  磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                                                  減速

                                                                                                                                                                                                                  117

                                                                                                                                                                                                                  光球付近における減速

                                                                                                                                                                                                                  磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                                  磁場

                                                                                                                                                                                                                  密度差

                                                                                                                                                                                                                  磁場

                                                                                                                                                                                                                  密度差密度差

                                                                                                                                                                                                                  磁場

                                                                                                                                                                                                                  118

                                                                                                                                                                                                                  5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                                                  119

                                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                                                  磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                  総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                  を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                                                  総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                  磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                  120

                                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                                                  2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                                                  点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                  121

                                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                                                  減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                  122

                                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                                                  2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                  123

                                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                                  2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                                  124

                                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                                  times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                                  125

                                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                                  密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                                  対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                                  EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                                  127

                                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                                  times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                                  軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                  減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                  129

                                                                                                                                                                                                                  断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                  減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                  130

                                                                                                                                                                                                                  Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                                  Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                                  observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                                  2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                                  3D simulations131

                                                                                                                                                                                                                  Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                  Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                  force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                  that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                  132

                                                                                                                                                                                                                  Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                  Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                  persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                  133

                                                                                                                                                                                                                  Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                  Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                  gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                  Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                  zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                  134

                                                                                                                                                                                                                  Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                  135

                                                                                                                                                                                                                  Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                  Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                  magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                   rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                   rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                   rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                  Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                  136

                                                                                                                                                                                                                  3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                  137

                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                  138

                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                  twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                  139

                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                  emerged

                                                                                                                                                                                                                  q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                  q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                  140

                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                  Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                  141

                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                  142

                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                  Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                  Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                  Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                  Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                  Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                  Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                  Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                  plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                  at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                  143

                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                  on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                  q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                    Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                    Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                  144

                                                                                                                                                                                                                  dVB

                                                                                                                                                                                                                  E corona

                                                                                                                                                                                                                  2

                                                                                                                                                                                                                  mag 8

                                                                                                                                                                                                                  Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                  Conditions

                                                                                                                                                                                                                  q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                  145

                                                                                                                                                                                                                  Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                  Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                  Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                  Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                  Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                  Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                  Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                  Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                  セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                  結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                  146

                                                                                                                                                                                                                  セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                  結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                  147

                                                                                                                                                                                                                  • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                  • 内容
                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                  • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                  • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                  • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                  • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                  • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                  • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                  • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                  • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                  • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                  • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                  • まとめ
                                                                                                                                                                                                                  • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                  • Fin
                                                                                                                                                                                                                  • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                  • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                  • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                  • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                  • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                  • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                  • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                  • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                  • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                  • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                  • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                  • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                  • Setup
                                                                                                                                                                                                                  • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                  • Appendix
                                                                                                                                                                                                                  • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                  • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                  • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                  • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                  • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                  • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                  • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                  • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                  • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                  • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                  • Observation
                                                                                                                                                                                                                  • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                  • Results
                                                                                                                                                                                                                  • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                  • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                  • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                  • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                  • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                  • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                  • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                  • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                  • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                  • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                  • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                  • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                  • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                  • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                  • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                  • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                  • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                  • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                  • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                  • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                  • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                  • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                  • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                  • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                  • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                  • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                  • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                    浮上磁場シミュレーション

                                                                                                                                                                                                                    光球~コロナ MHD シミュレーション 光球直下に置いた初期磁束が直接

                                                                                                                                                                                                                    的にコロナへ浮上

                                                                                                                                                                                                                    対流層内部 近似を用いた計算 対流層上部で破たん

                                                                                                                                                                                                                    Shibata et al (1989) 106

                                                                                                                                                                                                                    光球付近での減速機構

                                                                                                                                                                                                                    光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                                                                                    Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                                                                                    Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                                                                                    Magara (2001)

                                                                                                                                                                                                                    107

                                                                                                                                                                                                                    本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                                                                    上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                                                                    しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                                                                    対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                                                                    しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                                                                    したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                                                    108

                                                                                                                                                                                                                    本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                                                                    そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                                                                    対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                                                                    典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                                    典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                                                                    本研究の目的

                                                                                                                                                                                                                    減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                                                                    2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                                                                    典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                                    典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                                                                    数値モデル

                                                                                                                                                                                                                    初期条件

                                                                                                                                                                                                                    xH-400 0 400

                                                                                                                                                                                                                    zH

                                                                                                                                                                                                                    200

                                                                                                                                                                                                                    100

                                                                                                                                                                                                                    -200

                                                                                                                                                                                                                    -100

                                                                                                                                                                                                                    NX timesNZ

                                                                                                                                                                                                                    =1536times1920

                                                                                                                                                                                                                    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                                                                    磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                                                                    磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                                                                    光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                                                                    111

                                                                                                                                                                                                                    LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                                                                    LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                                                                    数値モデル (22)

                                                                                                                                                                                                                    対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                                                                    無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                                                                    速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                                                                    時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                                                                    密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                                                                    圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                                                                    温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                                                                    磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                                                                    数値モデル (23)

                                                                                                                                                                                                                    初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                                                                    磁場BX

                                                                                                                                                                                                                    密度ρ

                                                                                                                                                                                                                    圧力 p

                                                                                                                                                                                                                    温度 T

                                                                                                                                                                                                                    対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                                                                    113

                                                                                                                                                                                                                    数値モデル (24)

                                                                                                                                                                                                                    境界条件

                                                                                                                                                                                                                    -400 0 400

                                                                                                                                                                                                                    200

                                                                                                                                                                                                                    100

                                                                                                                                                                                                                    -200

                                                                                                                                                                                                                    -100

                                                                                                                                                                                                                    周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                                                                    減衰領域

                                                                                                                                                                                                                    x H0

                                                                                                                                                                                                                    z H0

                                                                                                                                                                                                                    114

                                                                                                                                                                                                                    数値モデル (14)

                                                                                                                                                                                                                    初期条件

                                                                                                                                                                                                                    x H0

                                                                                                                                                                                                                    -400 0 400

                                                                                                                                                                                                                    z H0

                                                                                                                                                                                                                    200

                                                                                                                                                                                                                    100

                                                                                                                                                                                                                    -200

                                                                                                                                                                                                                    -100

                                                                                                                                                                                                                    NZ=1920

                                                                                                                                                                                                                    NX=1536

                                                                                                                                                                                                                    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                                                                    width D

                                                                                                                                                                                                                    z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                                                                    115

                                                                                                                                                                                                                    減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                                    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                                    116

                                                                                                                                                                                                                    減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                                    磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                                                    シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                                                    磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                                                    磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                                                    減速

                                                                                                                                                                                                                    117

                                                                                                                                                                                                                    光球付近における減速

                                                                                                                                                                                                                    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                                    磁場

                                                                                                                                                                                                                    密度差

                                                                                                                                                                                                                    磁場

                                                                                                                                                                                                                    密度差密度差

                                                                                                                                                                                                                    磁場

                                                                                                                                                                                                                    118

                                                                                                                                                                                                                    5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                                                    119

                                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                                                    磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                    総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                    を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                                                    総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                    磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                    120

                                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                                                    2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                                                    点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                    121

                                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                                                    減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                    122

                                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                                                    2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                    123

                                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                                    2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                                    124

                                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                                    times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                                    125

                                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                                    密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                                    対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                                    EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                                    127

                                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                                    times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                                    軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                    減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                    129

                                                                                                                                                                                                                    断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                    減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                    130

                                                                                                                                                                                                                    Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                                    Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                                    observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                                    2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                                    3D simulations131

                                                                                                                                                                                                                    Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                    Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                    force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                    that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                    132

                                                                                                                                                                                                                    Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                    Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                    persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                    133

                                                                                                                                                                                                                    Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                    Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                    gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                    Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                    zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                    134

                                                                                                                                                                                                                    Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                    135

                                                                                                                                                                                                                    Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                    Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                    magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                     rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                     rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                     rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                    Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                    136

                                                                                                                                                                                                                    3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                    137

                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                    138

                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                    twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                    139

                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                    emerged

                                                                                                                                                                                                                    q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                    q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                    140

                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                    Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                    141

                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                    142

                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                    Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                    Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                    Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                    Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                    Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                    Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                    Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                    plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                    at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                    143

                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                    on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                    q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                      Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                      Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                    144

                                                                                                                                                                                                                    dVB

                                                                                                                                                                                                                    E corona

                                                                                                                                                                                                                    2

                                                                                                                                                                                                                    mag 8

                                                                                                                                                                                                                    Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                    Conditions

                                                                                                                                                                                                                    q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                    145

                                                                                                                                                                                                                    Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                    Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                    Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                    Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                    Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                    Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                    Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                    Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                    セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                    結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                    146

                                                                                                                                                                                                                    セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                    結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                    147

                                                                                                                                                                                                                    • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                    • 内容
                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                    • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                    • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                    • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                    • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                    • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                    • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                    • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                    • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                    • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                    • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                    • まとめ
                                                                                                                                                                                                                    • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                    • Fin
                                                                                                                                                                                                                    • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                    • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                    • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                    • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                    • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                    • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                    • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                    • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                    • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                    • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                    • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                    • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                    • Setup
                                                                                                                                                                                                                    • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                    • Appendix
                                                                                                                                                                                                                    • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                    • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                    • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                    • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                    • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                    • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                    • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                    • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                    • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                    • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                    • Observation
                                                                                                                                                                                                                    • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                    • Results
                                                                                                                                                                                                                    • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                    • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                    • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                    • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                    • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                    • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                    • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                    • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                    • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                    • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                    • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                    • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                    • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                    • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                    • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                    • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                    • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                    • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                    • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                    • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                    • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                    • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                    • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                    • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                    • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                    • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                    • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                      光球付近での減速機構

                                                                                                                                                                                                                      光球付近での減速 対流層を浮上する磁束は 光球付近で減速を受ける

                                                                                                                                                                                                                      Magara (2001) 2 次元磁束管断面 磁束管が等温層(=対流安定) である光球に進入するため

                                                                                                                                                                                                                      Archontis et al (2004) など 3 次元磁束管 流体力学的な作用のため

                                                                                                                                                                                                                      Magara (2001)

                                                                                                                                                                                                                      107

                                                                                                                                                                                                                      本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                                                                      上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                                                                      しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                                                                      対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                                                                      しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                                                                      したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                                                      108

                                                                                                                                                                                                                      本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                                                                      そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                                                                      対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                                                                      典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                                      典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                                                                      本研究の目的

                                                                                                                                                                                                                      減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                                                                      2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                                                                      典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                                      典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                                                                      数値モデル

                                                                                                                                                                                                                      初期条件

                                                                                                                                                                                                                      xH-400 0 400

                                                                                                                                                                                                                      zH

                                                                                                                                                                                                                      200

                                                                                                                                                                                                                      100

                                                                                                                                                                                                                      -200

                                                                                                                                                                                                                      -100

                                                                                                                                                                                                                      NX timesNZ

                                                                                                                                                                                                                      =1536times1920

                                                                                                                                                                                                                      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                                                                      磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                                                                      磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                                                                      光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                                                                      111

                                                                                                                                                                                                                      LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                                                                      LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                                                                      数値モデル (22)

                                                                                                                                                                                                                      対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                                                                      無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                                                                      速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                                                                      時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                                                                      密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                                                                      圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                                                                      温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                                                                      磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                                                                      数値モデル (23)

                                                                                                                                                                                                                      初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                                                                      磁場BX

                                                                                                                                                                                                                      密度ρ

                                                                                                                                                                                                                      圧力 p

                                                                                                                                                                                                                      温度 T

                                                                                                                                                                                                                      対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                                                                      113

                                                                                                                                                                                                                      数値モデル (24)

                                                                                                                                                                                                                      境界条件

                                                                                                                                                                                                                      -400 0 400

                                                                                                                                                                                                                      200

                                                                                                                                                                                                                      100

                                                                                                                                                                                                                      -200

                                                                                                                                                                                                                      -100

                                                                                                                                                                                                                      周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                                                                      減衰領域

                                                                                                                                                                                                                      x H0

                                                                                                                                                                                                                      z H0

                                                                                                                                                                                                                      114

                                                                                                                                                                                                                      数値モデル (14)

                                                                                                                                                                                                                      初期条件

                                                                                                                                                                                                                      x H0

                                                                                                                                                                                                                      -400 0 400

                                                                                                                                                                                                                      z H0

                                                                                                                                                                                                                      200

                                                                                                                                                                                                                      100

                                                                                                                                                                                                                      -200

                                                                                                                                                                                                                      -100

                                                                                                                                                                                                                      NZ=1920

                                                                                                                                                                                                                      NX=1536

                                                                                                                                                                                                                      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                                                                      width D

                                                                                                                                                                                                                      z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                                                                      115

                                                                                                                                                                                                                      減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                                      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                                      116

                                                                                                                                                                                                                      減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                                      磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                                                      シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                                                      磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                                                      磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                                                      減速

                                                                                                                                                                                                                      117

                                                                                                                                                                                                                      光球付近における減速

                                                                                                                                                                                                                      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                                      磁場

                                                                                                                                                                                                                      密度差

                                                                                                                                                                                                                      磁場

                                                                                                                                                                                                                      密度差密度差

                                                                                                                                                                                                                      磁場

                                                                                                                                                                                                                      118

                                                                                                                                                                                                                      5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                                                      119

                                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                                                      磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                      総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                      を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                                                      総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                      磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                      120

                                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                                                      2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                                                      点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                      121

                                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                                                      減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                      122

                                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                                                      2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                      123

                                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                                      2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                                      124

                                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                                      times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                                      125

                                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                                      密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                                      対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                                      EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                                      127

                                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                                      times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                                      軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                      減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                      129

                                                                                                                                                                                                                      断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                      減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                      130

                                                                                                                                                                                                                      Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                                      Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                                      observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                                      2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                                      3D simulations131

                                                                                                                                                                                                                      Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                      Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                      force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                      that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                      132

                                                                                                                                                                                                                      Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                      Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                      persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                      133

                                                                                                                                                                                                                      Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                      Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                      gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                      Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                      zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                      134

                                                                                                                                                                                                                      Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                      135

                                                                                                                                                                                                                      Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                      Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                      magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                       rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                       rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                       rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                      Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                      136

                                                                                                                                                                                                                      3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                      137

                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                      138

                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                      twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                      139

                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                      emerged

                                                                                                                                                                                                                      q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                      q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                      140

                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                      Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                      141

                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                      142

                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                      Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                      Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                      Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                      Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                      Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                      Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                      Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                      plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                      at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                      143

                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                      on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                      q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                        Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                        Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                      144

                                                                                                                                                                                                                      dVB

                                                                                                                                                                                                                      E corona

                                                                                                                                                                                                                      2

                                                                                                                                                                                                                      mag 8

                                                                                                                                                                                                                      Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                      Conditions

                                                                                                                                                                                                                      q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                      145

                                                                                                                                                                                                                      Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                      Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                      Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                      Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                      Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                      Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                      Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                      Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                      セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                      結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                      146

                                                                                                                                                                                                                      セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                      結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                      147

                                                                                                                                                                                                                      • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                      • 内容
                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                      • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                      • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                      • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                      • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                      • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                      • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                      • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                      • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                      • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                      • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                      • まとめ
                                                                                                                                                                                                                      • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                      • Fin
                                                                                                                                                                                                                      • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                      • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                      • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                      • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                      • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                      • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                      • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                      • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                      • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                      • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                      • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                      • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                      • Setup
                                                                                                                                                                                                                      • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                      • Appendix
                                                                                                                                                                                                                      • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                      • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                      • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                      • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                      • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                      • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                      • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                      • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                      • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                      • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                      • Observation
                                                                                                                                                                                                                      • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                      • Results
                                                                                                                                                                                                                      • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                      • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                      • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                      • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                      • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                      • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                      • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                      • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                      • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                      • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                      • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                      • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                      • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                      • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                      • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                      • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                      • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                      • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                      • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                      • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                      • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                      • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                      • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                      • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                      • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                      • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                      • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                        本研究の目的 (12)

                                                                                                                                                                                                                        上空大気への磁束浮上 MHD 計算では光球直下に初期磁束が置かれていた

                                                                                                                                                                                                                        しかし初期磁束の形成過程は説明されてこなかった

                                                                                                                                                                                                                        対流層内部における磁束浮上計算には近似が用いられてきた

                                                                                                                                                                                                                        しかし近似は対流層上部で破たんする

                                                                                                                                                                                                                        したがって対流層から上空大気への一貫したシミュレーションには MHD が必要とされてきた

                                                                                                                                                                                                                        108

                                                                                                                                                                                                                        本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                                                                        そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                                                                        対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                                                                        典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                                        典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                                                                        本研究の目的

                                                                                                                                                                                                                        減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                                                                        2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                                                                        典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                                        典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                                                                        数値モデル

                                                                                                                                                                                                                        初期条件

                                                                                                                                                                                                                        xH-400 0 400

                                                                                                                                                                                                                        zH

                                                                                                                                                                                                                        200

                                                                                                                                                                                                                        100

                                                                                                                                                                                                                        -200

                                                                                                                                                                                                                        -100

                                                                                                                                                                                                                        NX timesNZ

                                                                                                                                                                                                                        =1536times1920

                                                                                                                                                                                                                        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                                                                        磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                                                                        磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                                                                        光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                                                                        111

                                                                                                                                                                                                                        LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                                                                        LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                                                                        数値モデル (22)

                                                                                                                                                                                                                        対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                                                                        無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                                                                        速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                                                                        時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                                                                        密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                                                                        圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                                                                        温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                                                                        磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                                                                        数値モデル (23)

                                                                                                                                                                                                                        初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                                                                        磁場BX

                                                                                                                                                                                                                        密度ρ

                                                                                                                                                                                                                        圧力 p

                                                                                                                                                                                                                        温度 T

                                                                                                                                                                                                                        対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                                                                        113

                                                                                                                                                                                                                        数値モデル (24)

                                                                                                                                                                                                                        境界条件

                                                                                                                                                                                                                        -400 0 400

                                                                                                                                                                                                                        200

                                                                                                                                                                                                                        100

                                                                                                                                                                                                                        -200

                                                                                                                                                                                                                        -100

                                                                                                                                                                                                                        周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                                                                        減衰領域

                                                                                                                                                                                                                        x H0

                                                                                                                                                                                                                        z H0

                                                                                                                                                                                                                        114

                                                                                                                                                                                                                        数値モデル (14)

                                                                                                                                                                                                                        初期条件

                                                                                                                                                                                                                        x H0

                                                                                                                                                                                                                        -400 0 400

                                                                                                                                                                                                                        z H0

                                                                                                                                                                                                                        200

                                                                                                                                                                                                                        100

                                                                                                                                                                                                                        -200

                                                                                                                                                                                                                        -100

                                                                                                                                                                                                                        NZ=1920

                                                                                                                                                                                                                        NX=1536

                                                                                                                                                                                                                        BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                                                                        width D

                                                                                                                                                                                                                        z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                                                                        115

                                                                                                                                                                                                                        減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                                        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                                        116

                                                                                                                                                                                                                        減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                                        磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                                                        シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                                                        磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                                                        磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                                                        減速

                                                                                                                                                                                                                        117

                                                                                                                                                                                                                        光球付近における減速

                                                                                                                                                                                                                        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                                        磁場

                                                                                                                                                                                                                        密度差

                                                                                                                                                                                                                        磁場

                                                                                                                                                                                                                        密度差密度差

                                                                                                                                                                                                                        磁場

                                                                                                                                                                                                                        118

                                                                                                                                                                                                                        5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                                                        119

                                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                                                        磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                        総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                        を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                                                        総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                        磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                        120

                                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                                                        2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                                                        点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                        121

                                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                                                        減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                        122

                                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                                                        2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                        123

                                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                                        2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                                        124

                                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                                        times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                                        125

                                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                                        密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                                        対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                                        EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                                        127

                                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                                        times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                                        軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                        減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                        129

                                                                                                                                                                                                                        断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                        減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                        130

                                                                                                                                                                                                                        Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                                        Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                                        observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                                        2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                                        3D simulations131

                                                                                                                                                                                                                        Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                        Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                        force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                        that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                        132

                                                                                                                                                                                                                        Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                        Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                        persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                        133

                                                                                                                                                                                                                        Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                        Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                        gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                        Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                        zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                        134

                                                                                                                                                                                                                        Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                        135

                                                                                                                                                                                                                        Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                        Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                        magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                         rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                         rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                         rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                        Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                        136

                                                                                                                                                                                                                        3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                        137

                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                        138

                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                        twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                        139

                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                        emerged

                                                                                                                                                                                                                        q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                        q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                        140

                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                        Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                        141

                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                        142

                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                        Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                        Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                        Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                        Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                        Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                        Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                        Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                        plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                        at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                        143

                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                        on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                        q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                          Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                          Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                        144

                                                                                                                                                                                                                        dVB

                                                                                                                                                                                                                        E corona

                                                                                                                                                                                                                        2

                                                                                                                                                                                                                        mag 8

                                                                                                                                                                                                                        Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                        Conditions

                                                                                                                                                                                                                        q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                        145

                                                                                                                                                                                                                        Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                        Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                        Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                        Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                        Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                        Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                        Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                        Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                        セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                        結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                        146

                                                                                                                                                                                                                        セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                        結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                        147

                                                                                                                                                                                                                        • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                        • 内容
                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                        • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                        • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                        • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                        • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                        • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                        • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                        • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                        • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                        • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                        • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                        • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                        • まとめ
                                                                                                                                                                                                                        • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                        • Fin
                                                                                                                                                                                                                        • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                        • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                        • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                        • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                        • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                        • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                        • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                        • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                        • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                        • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                        • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                        • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                        • Setup
                                                                                                                                                                                                                        • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                        • Appendix
                                                                                                                                                                                                                        • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                        • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                        • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                        • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                        • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                        • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                        • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                        • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                        • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                        • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                        • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                        • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                        • Observation
                                                                                                                                                                                                                        • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                        • Results
                                                                                                                                                                                                                        • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                        • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                        • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                        • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                        • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                        • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                        • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                        • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                        • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                        • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                        • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                        • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                        • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                        • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                        • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                        • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                        • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                        • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                        • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                        • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                        • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                        • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                        • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                        • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                        • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                        • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                        • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                        • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                        • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                        • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                          本研究の目的 (22)

                                                                                                                                                                                                                          そこで 2 次元 MHD を用いて(近似を用いないで)対流層からの磁束浮上計算を行った

                                                                                                                                                                                                                          対流層の深さ約 20000 km からの磁束シート浮上

                                                                                                                                                                                                                          典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                                          典型波長 ~ 数 1000 km109

                                                                                                                                                                                                                          本研究の目的

                                                                                                                                                                                                                          減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                                                                          2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                                                                          典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                                          典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                                                                          数値モデル

                                                                                                                                                                                                                          初期条件

                                                                                                                                                                                                                          xH-400 0 400

                                                                                                                                                                                                                          zH

                                                                                                                                                                                                                          200

                                                                                                                                                                                                                          100

                                                                                                                                                                                                                          -200

                                                                                                                                                                                                                          -100

                                                                                                                                                                                                                          NX timesNZ

                                                                                                                                                                                                                          =1536times1920

                                                                                                                                                                                                                          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                                                                          磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                                                                          磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                                                                          光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                                                                          111

                                                                                                                                                                                                                          LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                                                                          LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                                                                          数値モデル (22)

                                                                                                                                                                                                                          対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                                                                          無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                                                                          速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                                                                          時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                                                                          密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                                                                          圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                                                                          温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                                                                          磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                                                                          数値モデル (23)

                                                                                                                                                                                                                          初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                                                                          磁場BX

                                                                                                                                                                                                                          密度ρ

                                                                                                                                                                                                                          圧力 p

                                                                                                                                                                                                                          温度 T

                                                                                                                                                                                                                          対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                                                                          113

                                                                                                                                                                                                                          数値モデル (24)

                                                                                                                                                                                                                          境界条件

                                                                                                                                                                                                                          -400 0 400

                                                                                                                                                                                                                          200

                                                                                                                                                                                                                          100

                                                                                                                                                                                                                          -200

                                                                                                                                                                                                                          -100

                                                                                                                                                                                                                          周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                                                                          減衰領域

                                                                                                                                                                                                                          x H0

                                                                                                                                                                                                                          z H0

                                                                                                                                                                                                                          114

                                                                                                                                                                                                                          数値モデル (14)

                                                                                                                                                                                                                          初期条件

                                                                                                                                                                                                                          x H0

                                                                                                                                                                                                                          -400 0 400

                                                                                                                                                                                                                          z H0

                                                                                                                                                                                                                          200

                                                                                                                                                                                                                          100

                                                                                                                                                                                                                          -200

                                                                                                                                                                                                                          -100

                                                                                                                                                                                                                          NZ=1920

                                                                                                                                                                                                                          NX=1536

                                                                                                                                                                                                                          BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                                                                          width D

                                                                                                                                                                                                                          z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                                                                          115

                                                                                                                                                                                                                          減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                                          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                                          116

                                                                                                                                                                                                                          減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                                          磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                                                          シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                                                          磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                                                          磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                                                          減速

                                                                                                                                                                                                                          117

                                                                                                                                                                                                                          光球付近における減速

                                                                                                                                                                                                                          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                                          磁場

                                                                                                                                                                                                                          密度差

                                                                                                                                                                                                                          磁場

                                                                                                                                                                                                                          密度差密度差

                                                                                                                                                                                                                          磁場

                                                                                                                                                                                                                          118

                                                                                                                                                                                                                          5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                                                          119

                                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                                                          磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                          総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                          を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                                                          総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                          磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                          120

                                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                                                          2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                                                          点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                          121

                                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                                                          減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                          122

                                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                                                          2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                          123

                                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                                          2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                                          124

                                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                                          times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                                          125

                                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                                          密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                                          対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                                          EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                                          127

                                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                                          times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                                          軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                          減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                          129

                                                                                                                                                                                                                          断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                          減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                          130

                                                                                                                                                                                                                          Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                                          Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                                          observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                                          2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                                          3D simulations131

                                                                                                                                                                                                                          Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                          Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                          force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                          that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                          132

                                                                                                                                                                                                                          Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                          Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                          persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                          133

                                                                                                                                                                                                                          Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                          Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                          gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                          Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                          zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                          134

                                                                                                                                                                                                                          Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                          135

                                                                                                                                                                                                                          Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                          Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                          magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                           rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                           rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                           rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                          Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                          136

                                                                                                                                                                                                                          3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                          137

                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                          138

                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                          twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                          139

                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                          emerged

                                                                                                                                                                                                                          q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                          q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                          140

                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                          Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                          141

                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                          142

                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                          Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                          Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                          Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                          Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                          Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                          Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                          Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                          plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                          at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                          143

                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                          on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                          q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                            Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                            Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                          144

                                                                                                                                                                                                                          dVB

                                                                                                                                                                                                                          E corona

                                                                                                                                                                                                                          2

                                                                                                                                                                                                                          mag 8

                                                                                                                                                                                                                          Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                          Conditions

                                                                                                                                                                                                                          q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                          145

                                                                                                                                                                                                                          Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                          Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                          Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                          Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                          Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                          Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                          Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                          Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                          セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                          結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                          146

                                                                                                                                                                                                                          セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                          結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                          147

                                                                                                                                                                                                                          • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                          • 内容
                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                          • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                          • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                          • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                          • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                          • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                          • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                          • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                          • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                          • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                          • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                          • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                          • まとめ
                                                                                                                                                                                                                          • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                          • Fin
                                                                                                                                                                                                                          • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                          • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                          • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                          • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                          • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                          • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                          • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                          • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                          • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                          • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                          • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                          • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                          • Setup
                                                                                                                                                                                                                          • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                          • Appendix
                                                                                                                                                                                                                          • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                          • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                          • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                          • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                          • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                          • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                          • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                          • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                          • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                          • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                          • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                          • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                          • Observation
                                                                                                                                                                                                                          • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                          • Results
                                                                                                                                                                                                                          • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                          • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                          • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                          • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                          • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                          • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                          • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                          • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                          • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                          • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                          • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                          • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                          • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                          • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                          • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                          • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                          • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                          • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                          • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                          • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                          • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                          • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                          • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                          • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                          • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                          • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                          • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                          • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                          • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                          • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                            本研究の目的

                                                                                                                                                                                                                            減速の物理 これまで発表者らが数値計算で発見した   「 2段階磁束シート浮上計算」 についても光球付近での減速が見られる しかし先行研究とは物理過程が異なるrarr 減速機構を調べる

                                                                                                                                                                                                                            2段階目の浮上 Parker 不安定性によることを確認する

                                                                                                                                                                                                                            典型波長 ~ 数 10 万 km

                                                                                                                                                                                                                            典型波長 ~ 数 1000 km110

                                                                                                                                                                                                                            数値モデル

                                                                                                                                                                                                                            初期条件

                                                                                                                                                                                                                            xH-400 0 400

                                                                                                                                                                                                                            zH

                                                                                                                                                                                                                            200

                                                                                                                                                                                                                            100

                                                                                                                                                                                                                            -200

                                                                                                                                                                                                                            -100

                                                                                                                                                                                                                            NX timesNZ

                                                                                                                                                                                                                            =1536times1920

                                                                                                                                                                                                                            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                                                                            磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                                                                            磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                                                                            光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                                                                            111

                                                                                                                                                                                                                            LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                                                                            LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                                                                            数値モデル (22)

                                                                                                                                                                                                                            対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                                                                            無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                                                                            速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                                                                            時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                                                                            密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                                                                            圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                                                                            温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                                                                            磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                                                                            数値モデル (23)

                                                                                                                                                                                                                            初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                                                                            磁場BX

                                                                                                                                                                                                                            密度ρ

                                                                                                                                                                                                                            圧力 p

                                                                                                                                                                                                                            温度 T

                                                                                                                                                                                                                            対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                                                                            113

                                                                                                                                                                                                                            数値モデル (24)

                                                                                                                                                                                                                            境界条件

                                                                                                                                                                                                                            -400 0 400

                                                                                                                                                                                                                            200

                                                                                                                                                                                                                            100

                                                                                                                                                                                                                            -200

                                                                                                                                                                                                                            -100

                                                                                                                                                                                                                            周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                                                                            減衰領域

                                                                                                                                                                                                                            x H0

                                                                                                                                                                                                                            z H0

                                                                                                                                                                                                                            114

                                                                                                                                                                                                                            数値モデル (14)

                                                                                                                                                                                                                            初期条件

                                                                                                                                                                                                                            x H0

                                                                                                                                                                                                                            -400 0 400

                                                                                                                                                                                                                            z H0

                                                                                                                                                                                                                            200

                                                                                                                                                                                                                            100

                                                                                                                                                                                                                            -200

                                                                                                                                                                                                                            -100

                                                                                                                                                                                                                            NZ=1920

                                                                                                                                                                                                                            NX=1536

                                                                                                                                                                                                                            BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                                                                            width D

                                                                                                                                                                                                                            z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                                                                            115

                                                                                                                                                                                                                            減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                                            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                                            116

                                                                                                                                                                                                                            減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                                            磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                                                            シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                                                            磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                                                            磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                                                            減速

                                                                                                                                                                                                                            117

                                                                                                                                                                                                                            光球付近における減速

                                                                                                                                                                                                                            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                                            磁場

                                                                                                                                                                                                                            密度差

                                                                                                                                                                                                                            磁場

                                                                                                                                                                                                                            密度差密度差

                                                                                                                                                                                                                            磁場

                                                                                                                                                                                                                            118

                                                                                                                                                                                                                            5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                                                            119

                                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                                                            磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                            総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                            を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                                                            総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                            磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                            120

                                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                                                            2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                                                            点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                            121

                                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                                                            減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                            122

                                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                                                            2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                            123

                                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                                            2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                                            124

                                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                                            times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                                            125

                                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                                            密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                                            対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                                            EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                                            127

                                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                                            times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                                            軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                            減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                            129

                                                                                                                                                                                                                            断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                            減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                            130

                                                                                                                                                                                                                            Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                                            Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                                            observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                                            2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                                            3D simulations131

                                                                                                                                                                                                                            Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                            Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                            force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                            that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                            132

                                                                                                                                                                                                                            Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                            Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                            persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                            133

                                                                                                                                                                                                                            Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                            Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                            gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                            Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                            zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                            134

                                                                                                                                                                                                                            Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                            135

                                                                                                                                                                                                                            Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                            Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                            magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                             rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                             rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                             rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                            Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                            136

                                                                                                                                                                                                                            3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                            137

                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                            138

                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                            twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                            139

                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                            emerged

                                                                                                                                                                                                                            q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                            q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                            140

                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                            Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                            141

                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                            142

                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                            Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                            Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                            Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                            Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                            Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                            Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                            Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                            plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                            at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                            143

                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                            on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                            q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                              Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                              Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                            144

                                                                                                                                                                                                                            dVB

                                                                                                                                                                                                                            E corona

                                                                                                                                                                                                                            2

                                                                                                                                                                                                                            mag 8

                                                                                                                                                                                                                            Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                            Conditions

                                                                                                                                                                                                                            q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                            145

                                                                                                                                                                                                                            Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                            Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                            Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                            Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                            Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                            Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                            Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                            Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                            セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                            結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                            146

                                                                                                                                                                                                                            セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                            結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                            147

                                                                                                                                                                                                                            • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                            • 内容
                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                            • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                            • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                            • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                            • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                            • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                            • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                            • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                            • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                            • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                            • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                            • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                            • まとめ
                                                                                                                                                                                                                            • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                            • Fin
                                                                                                                                                                                                                            • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                            • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                            • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                            • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                            • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                            • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                            • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                            • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                            • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                            • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                            • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                            • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                            • Setup
                                                                                                                                                                                                                            • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                            • Appendix
                                                                                                                                                                                                                            • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                            • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                            • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                            • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                            • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                            • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                            • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                            • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                            • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                            • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                            • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                            • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                            • Observation
                                                                                                                                                                                                                            • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                            • Results
                                                                                                                                                                                                                            • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                            • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                            • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                            • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                            • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                            • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                            • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                            • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                            • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                            • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                            • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                            • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                            • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                            • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                            • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                            • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                            • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                            • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                            • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                            • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                            • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                            • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                            • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                            • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                            • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                            • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                            • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                            • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                            • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                            • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                              数値モデル

                                                                                                                                                                                                                              初期条件

                                                                                                                                                                                                                              xH-400 0 400

                                                                                                                                                                                                                              zH

                                                                                                                                                                                                                              200

                                                                                                                                                                                                                              100

                                                                                                                                                                                                                              -200

                                                                                                                                                                                                                              -100

                                                                                                                                                                                                                              NX timesNZ

                                                                                                                                                                                                                              =1536times1920

                                                                                                                                                                                                                              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシート状を仮定)

                                                                                                                                                                                                                              磁束の厚さD = 1000 km

                                                                                                                                                                                                                              磁束の深さ -20000 km

                                                                                                                                                                                                                              光球 (等温 ) = 対流安定

                                                                                                                                                                                                                              111

                                                                                                                                                                                                                              LX = 16 万 km

                                                                                                                                                                                                                              LZ = 8 万 km

                                                                                                                                                                                                                              数値モデル (22)

                                                                                                                                                                                                                              対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                                                                              無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                                                                              速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                                                                              時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                                                                              密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                                                                              圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                                                                              温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                                                                              磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                                                                              数値モデル (23)

                                                                                                                                                                                                                              初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                                                                              磁場BX

                                                                                                                                                                                                                              密度ρ

                                                                                                                                                                                                                              圧力 p

                                                                                                                                                                                                                              温度 T

                                                                                                                                                                                                                              対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                                                                              113

                                                                                                                                                                                                                              数値モデル (24)

                                                                                                                                                                                                                              境界条件

                                                                                                                                                                                                                              -400 0 400

                                                                                                                                                                                                                              200

                                                                                                                                                                                                                              100

                                                                                                                                                                                                                              -200

                                                                                                                                                                                                                              -100

                                                                                                                                                                                                                              周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                                                                              減衰領域

                                                                                                                                                                                                                              x H0

                                                                                                                                                                                                                              z H0

                                                                                                                                                                                                                              114

                                                                                                                                                                                                                              数値モデル (14)

                                                                                                                                                                                                                              初期条件

                                                                                                                                                                                                                              x H0

                                                                                                                                                                                                                              -400 0 400

                                                                                                                                                                                                                              z H0

                                                                                                                                                                                                                              200

                                                                                                                                                                                                                              100

                                                                                                                                                                                                                              -200

                                                                                                                                                                                                                              -100

                                                                                                                                                                                                                              NZ=1920

                                                                                                                                                                                                                              NX=1536

                                                                                                                                                                                                                              BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                                                                              width D

                                                                                                                                                                                                                              z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                                                                              115

                                                                                                                                                                                                                              減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                                              磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                                              116

                                                                                                                                                                                                                              減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                                              磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                                                              シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                                                              磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                                                              磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                                                              減速

                                                                                                                                                                                                                              117

                                                                                                                                                                                                                              光球付近における減速

                                                                                                                                                                                                                              磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                                              磁場

                                                                                                                                                                                                                              密度差

                                                                                                                                                                                                                              磁場

                                                                                                                                                                                                                              密度差密度差

                                                                                                                                                                                                                              磁場

                                                                                                                                                                                                                              118

                                                                                                                                                                                                                              5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                                                              119

                                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                                                              磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                              総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                              を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                                                              総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                              磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                              120

                                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                                                              2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                                                              点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                              121

                                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                                                              減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                              122

                                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                                                              2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                              123

                                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                                              2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                                              124

                                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                                              times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                                              125

                                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                                              密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                                              対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                                              EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                                              127

                                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                                              times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                                              軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                              減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                              129

                                                                                                                                                                                                                              断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                              減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                              130

                                                                                                                                                                                                                              Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                                              Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                                              observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                                              2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                                              3D simulations131

                                                                                                                                                                                                                              Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                              Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                              force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                              that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                              132

                                                                                                                                                                                                                              Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                              Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                              persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                              133

                                                                                                                                                                                                                              Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                              Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                              gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                              Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                              zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                              134

                                                                                                                                                                                                                              Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                              135

                                                                                                                                                                                                                              Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                              Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                              magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                               rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                               rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                               rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                              Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                              136

                                                                                                                                                                                                                              3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                              137

                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                              138

                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                              twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                              139

                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                              emerged

                                                                                                                                                                                                                              q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                              q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                              140

                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                              Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                              141

                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                              142

                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                              Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                              Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                              Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                              Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                              Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                              Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                              Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                              plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                              at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                              143

                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                              on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                              q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                              144

                                                                                                                                                                                                                              dVB

                                                                                                                                                                                                                              E corona

                                                                                                                                                                                                                              2

                                                                                                                                                                                                                              mag 8

                                                                                                                                                                                                                              Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                              Conditions

                                                                                                                                                                                                                              q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                              145

                                                                                                                                                                                                                              Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                              Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                              Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                              Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                              Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                              Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                              Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                              Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                              セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                              結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                              146

                                                                                                                                                                                                                              セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                              結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                              147

                                                                                                                                                                                                                              • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                              • 内容
                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                              • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                              • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                              • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                              • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                              • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                              • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                              • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                              • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                              • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                              • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                              • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                              • まとめ
                                                                                                                                                                                                                              • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                              • Fin
                                                                                                                                                                                                                              • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                              • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                              • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                              • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                              • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                              • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                              • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                              • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                              • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                              • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                              • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                              • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                              • Setup
                                                                                                                                                                                                                              • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                              • Appendix
                                                                                                                                                                                                                              • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                              • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                              • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                              • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                              • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                              • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                              • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                              • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                              • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                              • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                              • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                              • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                              • Observation
                                                                                                                                                                                                                              • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                              • Results
                                                                                                                                                                                                                              • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                              • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                              • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                              • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                              • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                              • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                              • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                              • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                              • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                              • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                              • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                              • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                              • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                              • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                              • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                              • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                              • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                              • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                              • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                              • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                              • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                              • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                              • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                              • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                              • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                              • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                              • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                              • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                              • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                              • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                数値モデル (22)

                                                                                                                                                                                                                                対流層断熱成層(=対流不安定性に対して中立) 改良 Lax-Wendroff (CANS) 比熱比 γ = 5 3

                                                                                                                                                                                                                                無次元化単位長さ 光球の圧力スケール長 H0 = 200 km

                                                                                                                                                                                                                                速度 光球での音速 Cs0 = 8 km s-1

                                                                                                                                                                                                                                時間 τ0 = H0Cs0 = 25 s

                                                                                                                                                                                                                                密度 光球面の密度 ρ0 = 14times10-7 g cm-3

                                                                                                                                                                                                                                圧力 p0 = 90times104 dyn cm-2

                                                                                                                                                                                                                                温度 光球彩層の温度 T0 = 4000 K

                                                                                                                                                                                                                                磁場強度 B0 = 300 G 112

                                                                                                                                                                                                                                数値モデル (23)

                                                                                                                                                                                                                                初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                                                                                磁場BX

                                                                                                                                                                                                                                密度ρ

                                                                                                                                                                                                                                圧力 p

                                                                                                                                                                                                                                温度 T

                                                                                                                                                                                                                                対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                                                                                113

                                                                                                                                                                                                                                数値モデル (24)

                                                                                                                                                                                                                                境界条件

                                                                                                                                                                                                                                -400 0 400

                                                                                                                                                                                                                                200

                                                                                                                                                                                                                                100

                                                                                                                                                                                                                                -200

                                                                                                                                                                                                                                -100

                                                                                                                                                                                                                                周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                                                                                減衰領域

                                                                                                                                                                                                                                x H0

                                                                                                                                                                                                                                z H0

                                                                                                                                                                                                                                114

                                                                                                                                                                                                                                数値モデル (14)

                                                                                                                                                                                                                                初期条件

                                                                                                                                                                                                                                x H0

                                                                                                                                                                                                                                -400 0 400

                                                                                                                                                                                                                                z H0

                                                                                                                                                                                                                                200

                                                                                                                                                                                                                                100

                                                                                                                                                                                                                                -200

                                                                                                                                                                                                                                -100

                                                                                                                                                                                                                                NZ=1920

                                                                                                                                                                                                                                NX=1536

                                                                                                                                                                                                                                BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                                                                                width D

                                                                                                                                                                                                                                z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                                                                                115

                                                                                                                                                                                                                                減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                                                磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                                                116

                                                                                                                                                                                                                                減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                                                磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                                                                シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                                                                磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                                                                磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                                                                減速

                                                                                                                                                                                                                                117

                                                                                                                                                                                                                                光球付近における減速

                                                                                                                                                                                                                                磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                                                磁場

                                                                                                                                                                                                                                密度差

                                                                                                                                                                                                                                磁場

                                                                                                                                                                                                                                密度差密度差

                                                                                                                                                                                                                                磁場

                                                                                                                                                                                                                                118

                                                                                                                                                                                                                                5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                                                                119

                                                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                                                                磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                                総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                                を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                                                                総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                                磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                                120

                                                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                                                                2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                                                                点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                121

                                                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                                                                減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                                122

                                                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                                                                2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                                123

                                                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                                                2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                                                124

                                                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                                                times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                                                125

                                                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                                                密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                                                対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                                                EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                                                127

                                                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                                                times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                                                軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                129

                                                                                                                                                                                                                                断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                130

                                                                                                                                                                                                                                Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                                                Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                                                observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                                                2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                                                3D simulations131

                                                                                                                                                                                                                                Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                                Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                                force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                                132

                                                                                                                                                                                                                                Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                                Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                                persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                                133

                                                                                                                                                                                                                                Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                                Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                                gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                                Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                                zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                                134

                                                                                                                                                                                                                                Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                                135

                                                                                                                                                                                                                                Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                                Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                                magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                 rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                                 rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                 rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                                Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                                136

                                                                                                                                                                                                                                3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                137

                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                                138

                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                                twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                139

                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                emerged

                                                                                                                                                                                                                                q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                140

                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                141

                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                142

                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                143

                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                  Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                  Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                144

                                                                                                                                                                                                                                dVB

                                                                                                                                                                                                                                E corona

                                                                                                                                                                                                                                2

                                                                                                                                                                                                                                mag 8

                                                                                                                                                                                                                                Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                Conditions

                                                                                                                                                                                                                                q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                145

                                                                                                                                                                                                                                Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                146

                                                                                                                                                                                                                                セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                147

                                                                                                                                                                                                                                • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                • 内容
                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                • Fin
                                                                                                                                                                                                                                • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                • Setup
                                                                                                                                                                                                                                • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                • Observation
                                                                                                                                                                                                                                • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                • Results
                                                                                                                                                                                                                                • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                  数値モデル (23)

                                                                                                                                                                                                                                  初期条件 (z 方向分布 )

                                                                                                                                                                                                                                  磁場BX

                                                                                                                                                                                                                                  密度ρ

                                                                                                                                                                                                                                  圧力 p

                                                                                                                                                                                                                                  温度 T

                                                                                                                                                                                                                                  対流層(断熱成層) コロナ(等温)光球彩層(等温)

                                                                                                                                                                                                                                  113

                                                                                                                                                                                                                                  数値モデル (24)

                                                                                                                                                                                                                                  境界条件

                                                                                                                                                                                                                                  -400 0 400

                                                                                                                                                                                                                                  200

                                                                                                                                                                                                                                  100

                                                                                                                                                                                                                                  -200

                                                                                                                                                                                                                                  -100

                                                                                                                                                                                                                                  周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                                                                                  減衰領域

                                                                                                                                                                                                                                  x H0

                                                                                                                                                                                                                                  z H0

                                                                                                                                                                                                                                  114

                                                                                                                                                                                                                                  数値モデル (14)

                                                                                                                                                                                                                                  初期条件

                                                                                                                                                                                                                                  x H0

                                                                                                                                                                                                                                  -400 0 400

                                                                                                                                                                                                                                  z H0

                                                                                                                                                                                                                                  200

                                                                                                                                                                                                                                  100

                                                                                                                                                                                                                                  -200

                                                                                                                                                                                                                                  -100

                                                                                                                                                                                                                                  NZ=1920

                                                                                                                                                                                                                                  NX=1536

                                                                                                                                                                                                                                  BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                                                                                  width D

                                                                                                                                                                                                                                  z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                                                                                  115

                                                                                                                                                                                                                                  減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                                                  磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                                                  116

                                                                                                                                                                                                                                  減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                                                  磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                                                                  シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                                                                  磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                                                                  磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                                                                  減速

                                                                                                                                                                                                                                  117

                                                                                                                                                                                                                                  光球付近における減速

                                                                                                                                                                                                                                  磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                                                  磁場

                                                                                                                                                                                                                                  密度差

                                                                                                                                                                                                                                  磁場

                                                                                                                                                                                                                                  密度差密度差

                                                                                                                                                                                                                                  磁場

                                                                                                                                                                                                                                  118

                                                                                                                                                                                                                                  5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                                                                  119

                                                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                                                                  磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                                  総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                                  を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                                                                  総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                                  磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                                  120

                                                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                                                                  2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                                                                  点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                  121

                                                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                                                                  減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                                  122

                                                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                                                                  2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                                  123

                                                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                                                  2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                                                  124

                                                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                                                  times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                                                  125

                                                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                                                  密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                                                  対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                                                  EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                                                  127

                                                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                                                  times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                                                  軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                  減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                  129

                                                                                                                                                                                                                                  断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                  減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                  130

                                                                                                                                                                                                                                  Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                                                  Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                                                  observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                                                  2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                                                  3D simulations131

                                                                                                                                                                                                                                  Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                                  Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                                  force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                  that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                                  132

                                                                                                                                                                                                                                  Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                                  Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                                  persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                                  133

                                                                                                                                                                                                                                  Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                                  Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                                  gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                                  Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                                  zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                                  134

                                                                                                                                                                                                                                  Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                                  135

                                                                                                                                                                                                                                  Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                                  Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                                  magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                   rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                                   rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                   rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                                  Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                                  136

                                                                                                                                                                                                                                  3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                  137

                                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                                  138

                                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                                  twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                  139

                                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                  emerged

                                                                                                                                                                                                                                  q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                  q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                  140

                                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                  Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                  141

                                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                  142

                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                  Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                  Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                  Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                  Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                  Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                  Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                  Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                  plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                  at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                  143

                                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                  on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                  q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                    Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                    Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                  144

                                                                                                                                                                                                                                  dVB

                                                                                                                                                                                                                                  E corona

                                                                                                                                                                                                                                  2

                                                                                                                                                                                                                                  mag 8

                                                                                                                                                                                                                                  Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                  Conditions

                                                                                                                                                                                                                                  q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                  145

                                                                                                                                                                                                                                  Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                  Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                  Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                  Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                  Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                  Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                  Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                  Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                  セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                  結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                  146

                                                                                                                                                                                                                                  セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                  結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                  147

                                                                                                                                                                                                                                  • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                  • 内容
                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                  • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                  • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                  • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                  • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                  • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                  • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                  • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                  • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                  • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                  • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                  • Fin
                                                                                                                                                                                                                                  • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                  • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                  • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                  • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                  • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                  • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                  • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                  • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                  • Setup
                                                                                                                                                                                                                                  • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                  • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                  • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                  • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                  • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                  • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                  • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                  • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                  • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                  • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                  • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                  • Observation
                                                                                                                                                                                                                                  • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                  • Results
                                                                                                                                                                                                                                  • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                  • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                  • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                  • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                  • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                  • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                  • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                  • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                  • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                  • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                  • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                  • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                  • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                  • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                  • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                  • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                  • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                  • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                  • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                  • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                  • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                  • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                  • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                  • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                  • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                  • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                  • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                    数値モデル (24)

                                                                                                                                                                                                                                    境界条件

                                                                                                                                                                                                                                    -400 0 400

                                                                                                                                                                                                                                    200

                                                                                                                                                                                                                                    100

                                                                                                                                                                                                                                    -200

                                                                                                                                                                                                                                    -100

                                                                                                                                                                                                                                    周期境界 対称境界

                                                                                                                                                                                                                                    減衰領域

                                                                                                                                                                                                                                    x H0

                                                                                                                                                                                                                                    z H0

                                                                                                                                                                                                                                    114

                                                                                                                                                                                                                                    数値モデル (14)

                                                                                                                                                                                                                                    初期条件

                                                                                                                                                                                                                                    x H0

                                                                                                                                                                                                                                    -400 0 400

                                                                                                                                                                                                                                    z H0

                                                                                                                                                                                                                                    200

                                                                                                                                                                                                                                    100

                                                                                                                                                                                                                                    -200

                                                                                                                                                                                                                                    -100

                                                                                                                                                                                                                                    NZ=1920

                                                                                                                                                                                                                                    NX=1536

                                                                                                                                                                                                                                    BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                                                                                    width D

                                                                                                                                                                                                                                    z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                                                                                    115

                                                                                                                                                                                                                                    減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                                                    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                                                    116

                                                                                                                                                                                                                                    減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                                                    磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                                                                    シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                                                                    磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                                                                    磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                                                                    減速

                                                                                                                                                                                                                                    117

                                                                                                                                                                                                                                    光球付近における減速

                                                                                                                                                                                                                                    磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                                                    磁場

                                                                                                                                                                                                                                    密度差

                                                                                                                                                                                                                                    磁場

                                                                                                                                                                                                                                    密度差密度差

                                                                                                                                                                                                                                    磁場

                                                                                                                                                                                                                                    118

                                                                                                                                                                                                                                    5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                                                                    119

                                                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                                                                    磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                                    総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                                    を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                                                                    総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                                    磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                                    120

                                                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                                                                    2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                                                                    点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                    121

                                                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                                                                    減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                                    122

                                                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                                                                    2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                                    123

                                                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                                                    2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                                                    124

                                                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                                                    times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                                                    125

                                                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                                                    密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                                                    対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                                                    EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                                                    127

                                                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                                                    times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                                                    軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                    減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                    129

                                                                                                                                                                                                                                    断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                    減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                    130

                                                                                                                                                                                                                                    Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                                                    Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                                                    observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                                                    2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                                                    3D simulations131

                                                                                                                                                                                                                                    Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                                    Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                                    force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                    that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                                    132

                                                                                                                                                                                                                                    Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                                    Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                                    persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                                    133

                                                                                                                                                                                                                                    Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                                    Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                                    gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                                    Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                                    zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                                    134

                                                                                                                                                                                                                                    Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                                    135

                                                                                                                                                                                                                                    Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                                    Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                                    magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                     rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                                     rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                     rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                                    Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                                    136

                                                                                                                                                                                                                                    3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                    137

                                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                                    138

                                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                                    twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                    139

                                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                    emerged

                                                                                                                                                                                                                                    q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                    q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                    140

                                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                    Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                    141

                                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                    142

                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                    Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                    Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                    Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                    Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                    Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                    Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                    Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                    plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                    at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                    143

                                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                    on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                    q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                      Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                      Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                    144

                                                                                                                                                                                                                                    dVB

                                                                                                                                                                                                                                    E corona

                                                                                                                                                                                                                                    2

                                                                                                                                                                                                                                    mag 8

                                                                                                                                                                                                                                    Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                    Conditions

                                                                                                                                                                                                                                    q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                    145

                                                                                                                                                                                                                                    Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                    Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                    Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                    Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                    Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                    Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                    Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                    Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                    セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                    結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                    146

                                                                                                                                                                                                                                    セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                    結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                    147

                                                                                                                                                                                                                                    • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                    • 内容
                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                    • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                    • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                    • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                    • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                    • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                    • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                    • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                    • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                    • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                    • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                    • Fin
                                                                                                                                                                                                                                    • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                    • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                    • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                    • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                    • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                    • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                    • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                    • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                    • Setup
                                                                                                                                                                                                                                    • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                    • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                    • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                    • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                    • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                    • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                    • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                    • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                    • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                    • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                    • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                    • Observation
                                                                                                                                                                                                                                    • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                    • Results
                                                                                                                                                                                                                                    • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                    • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                    • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                    • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                    • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                    • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                    • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                    • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                    • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                    • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                    • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                    • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                    • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                    • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                    • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                    • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                    • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                    • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                    • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                    • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                    • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                    • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                    • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                    • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                    • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                    • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                    • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                      数値モデル (14)

                                                                                                                                                                                                                                      初期条件

                                                                                                                                                                                                                                      x H0

                                                                                                                                                                                                                                      -400 0 400

                                                                                                                                                                                                                                      z H0

                                                                                                                                                                                                                                      200

                                                                                                                                                                                                                                      100

                                                                                                                                                                                                                                      -200

                                                                                                                                                                                                                                      -100

                                                                                                                                                                                                                                      NZ=1920

                                                                                                                                                                                                                                      NX=1536

                                                                                                                                                                                                                                      BX = 104 G Φ = 1021 Mx(厚さ D 奥行き 10D のシートと仮定)

                                                                                                                                                                                                                                      width D

                                                                                                                                                                                                                                      z = -20000 km ~ 近似の破たんする深さ

                                                                                                                                                                                                                                      115

                                                                                                                                                                                                                                      減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                                                      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                                                      116

                                                                                                                                                                                                                                      減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                                                      磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                                                                      シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                                                                      磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                                                                      磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                                                                      減速

                                                                                                                                                                                                                                      117

                                                                                                                                                                                                                                      光球付近における減速

                                                                                                                                                                                                                                      磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                                                      磁場

                                                                                                                                                                                                                                      密度差

                                                                                                                                                                                                                                      磁場

                                                                                                                                                                                                                                      密度差密度差

                                                                                                                                                                                                                                      磁場

                                                                                                                                                                                                                                      118

                                                                                                                                                                                                                                      5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                                                                      119

                                                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                                                                      磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                                      総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                                      を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                                                                      総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                                      磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                                      120

                                                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                                                                      2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                                                                      点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                      121

                                                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                                                                      減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                                      122

                                                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                                                                      2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                                      123

                                                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                                                      2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                                                      124

                                                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                                                      times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                                                      125

                                                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                                                      密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                                                      対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                                                      EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                                                      127

                                                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                                                      times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                                                      軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                      減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                      129

                                                                                                                                                                                                                                      断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                      減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                      130

                                                                                                                                                                                                                                      Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                                                      Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                                                      observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                                                      2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                                                      3D simulations131

                                                                                                                                                                                                                                      Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                                      Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                                      force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                      that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                                      132

                                                                                                                                                                                                                                      Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                                      Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                                      persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                                      133

                                                                                                                                                                                                                                      Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                                      Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                                      gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                                      Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                                      zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                                      134

                                                                                                                                                                                                                                      Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                                      135

                                                                                                                                                                                                                                      Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                                      Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                                      magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                       rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                                       rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                       rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                                      Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                                      136

                                                                                                                                                                                                                                      3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                      137

                                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                                      138

                                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                                      twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                      139

                                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                      emerged

                                                                                                                                                                                                                                      q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                      q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                      140

                                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                      Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                      141

                                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                      142

                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                      Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                      Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                      Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                      Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                      Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                      Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                      Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                      plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                      at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                      143

                                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                      on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                      q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                        Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                        Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                      144

                                                                                                                                                                                                                                      dVB

                                                                                                                                                                                                                                      E corona

                                                                                                                                                                                                                                      2

                                                                                                                                                                                                                                      mag 8

                                                                                                                                                                                                                                      Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                      Conditions

                                                                                                                                                                                                                                      q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                      145

                                                                                                                                                                                                                                      Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                      Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                      Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                      Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                      Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                      Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                      Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                      Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                      セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                      結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                      146

                                                                                                                                                                                                                                      セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                      結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                      147

                                                                                                                                                                                                                                      • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                      • 内容
                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                      • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                      • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                      • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                      • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                      • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                      • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                      • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                      • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                      • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                      • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                      • Fin
                                                                                                                                                                                                                                      • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                      • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                      • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                      • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                      • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                      • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                      • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                      • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                      • Setup
                                                                                                                                                                                                                                      • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                      • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                      • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                      • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                      • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                      • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                      • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                      • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                      • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                      • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                      • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                      • Observation
                                                                                                                                                                                                                                      • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                      • Results
                                                                                                                                                                                                                                      • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                      • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                      • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                      • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                      • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                      • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                      • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                      • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                      • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                      • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                      • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                      • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                      • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                      • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                      • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                      • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                      • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                      • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                      • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                      • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                      • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                      • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                      • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                      • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                      • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                      • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                      • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                        減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                                                        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                                                        116

                                                                                                                                                                                                                                        減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                                                        磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                                                                        シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                                                                        磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                                                                        磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                                                                        減速

                                                                                                                                                                                                                                        117

                                                                                                                                                                                                                                        光球付近における減速

                                                                                                                                                                                                                                        磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                                                        磁場

                                                                                                                                                                                                                                        密度差

                                                                                                                                                                                                                                        磁場

                                                                                                                                                                                                                                        密度差密度差

                                                                                                                                                                                                                                        磁場

                                                                                                                                                                                                                                        118

                                                                                                                                                                                                                                        5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                                                                        119

                                                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                                                                        磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                                        総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                                        を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                                                                        総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                                        磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                                        120

                                                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                                                                        2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                                                                        点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                        121

                                                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                                                                        減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                                        122

                                                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                                                                        2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                                        123

                                                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                                                        2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                                                        124

                                                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                                                        times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                                                        125

                                                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                                                        密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                                                        対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                                                        EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                                                        127

                                                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                                                        times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                                                        軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                        減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                        129

                                                                                                                                                                                                                                        断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                        減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                        130

                                                                                                                                                                                                                                        Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                                                        Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                                                        observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                                                        2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                                                        3D simulations131

                                                                                                                                                                                                                                        Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                                        Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                                        force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                        that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                                        132

                                                                                                                                                                                                                                        Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                                        Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                                        persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                                        133

                                                                                                                                                                                                                                        Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                                        Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                                        gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                                        Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                                        zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                                        134

                                                                                                                                                                                                                                        Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                                        135

                                                                                                                                                                                                                                        Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                                        Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                                        magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                         rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                                         rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                         rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                                        Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                                        136

                                                                                                                                                                                                                                        3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                        137

                                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                                        138

                                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                                        twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                        139

                                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                        emerged

                                                                                                                                                                                                                                        q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                        q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                        140

                                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                        Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                        141

                                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                        142

                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                        Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                        Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                        Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                        Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                        Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                        Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                        Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                        plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                        at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                        143

                                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                        on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                        q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                          Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                          Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                        144

                                                                                                                                                                                                                                        dVB

                                                                                                                                                                                                                                        E corona

                                                                                                                                                                                                                                        2

                                                                                                                                                                                                                                        mag 8

                                                                                                                                                                                                                                        Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                        Conditions

                                                                                                                                                                                                                                        q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                        145

                                                                                                                                                                                                                                        Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                        Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                        Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                        Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                        Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                        Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                        Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                        Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                        セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                        結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                        146

                                                                                                                                                                                                                                        セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                        結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                        147

                                                                                                                                                                                                                                        • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                        • 内容
                                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                        • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                        • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                        • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                        • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                        • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                        • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                        • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                        • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                        • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                        • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                        • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                        • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                        • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                        • Fin
                                                                                                                                                                                                                                        • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                        • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                        • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                        • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                        • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                        • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                        • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                        • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                        • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                        • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                        • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                        • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                        • Setup
                                                                                                                                                                                                                                        • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                        • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                        • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                        • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                        • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                        • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                        • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                        • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                        • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                        • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                        • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                        • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                        • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                        • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                        • Observation
                                                                                                                                                                                                                                        • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                        • Results
                                                                                                                                                                                                                                        • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                        • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                        • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                        • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                        • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                        • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                        • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                        • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                        • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                        • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                        • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                        • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                        • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                        • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                        • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                        • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                        • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                        • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                        • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                        • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                        • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                        • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                        • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                        • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                        • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                        • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                        • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                        • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                        • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                        • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                          減速の物理 (34)

                                                                                                                                                                                                                                          磁束シート上のプラズマ

                                                                                                                                                                                                                                          シート上にプラズマが蓄積する

                                                                                                                                                                                                                                          磁束シートの浮上

                                                                                                                                                                                                                                          磁束シートが平らになる

                                                                                                                                                                                                                                          減速

                                                                                                                                                                                                                                          117

                                                                                                                                                                                                                                          光球付近における減速

                                                                                                                                                                                                                                          磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                                                          磁場

                                                                                                                                                                                                                                          密度差

                                                                                                                                                                                                                                          磁場

                                                                                                                                                                                                                                          密度差密度差

                                                                                                                                                                                                                                          磁場

                                                                                                                                                                                                                                          118

                                                                                                                                                                                                                                          5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                                                                          119

                                                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                                                                          磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                                          総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                                          を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                                                                          総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                                          磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                                          120

                                                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                                                                          2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                                                                          点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                          121

                                                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                                                                          減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                                          122

                                                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                                                                          2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                                          123

                                                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                                                          2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                                                          124

                                                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                                                          times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                                                          125

                                                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                                                          密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                                                          対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                                                          EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                                                          127

                                                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                                                          times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                                                          軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                          減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                          129

                                                                                                                                                                                                                                          断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                          減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                          130

                                                                                                                                                                                                                                          Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                                                          Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                                                          observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                                                          2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                                                          3D simulations131

                                                                                                                                                                                                                                          Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                                          Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                                          force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                          that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                                          132

                                                                                                                                                                                                                                          Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                                          Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                                          persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                                          133

                                                                                                                                                                                                                                          Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                                          Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                                          gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                                          Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                                          zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                                          134

                                                                                                                                                                                                                                          Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                                          135

                                                                                                                                                                                                                                          Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                                          Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                                          magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                           rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                                           rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                           rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                                          Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                                          136

                                                                                                                                                                                                                                          3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                          137

                                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                                          138

                                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                                          twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                          139

                                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                          emerged

                                                                                                                                                                                                                                          q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                          q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                          140

                                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                          Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                          141

                                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                          142

                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                          Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                          Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                          Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                          Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                          Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                          Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                          Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                          plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                          at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                          143

                                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                          on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                          q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                            Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                            Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                          144

                                                                                                                                                                                                                                          dVB

                                                                                                                                                                                                                                          E corona

                                                                                                                                                                                                                                          2

                                                                                                                                                                                                                                          mag 8

                                                                                                                                                                                                                                          Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                          Conditions

                                                                                                                                                                                                                                          q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                          145

                                                                                                                                                                                                                                          Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                          Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                          Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                          Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                          Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                          Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                          Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                          Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                          セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                          結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                          146

                                                                                                                                                                                                                                          セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                          結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                          147

                                                                                                                                                                                                                                          • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                          • 内容
                                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                          • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                          • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                          • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                          • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                          • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                          • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                          • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                          • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                          • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                          • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                          • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                          • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                          • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                          • Fin
                                                                                                                                                                                                                                          • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                          • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                          • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                          • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                          • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                          • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                          • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                          • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                          • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                          • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                          • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                          • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                          • Setup
                                                                                                                                                                                                                                          • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                          • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                          • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                          • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                          • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                          • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                          • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                          • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                          • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                          • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                          • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                          • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                          • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                          • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                          • Observation
                                                                                                                                                                                                                                          • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                          • Results
                                                                                                                                                                                                                                          • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                          • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                          • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                          • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                          • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                          • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                          • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                          • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                          • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                          • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                          • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                          • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                          • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                          • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                          • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                          • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                          • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                          • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                          • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                          • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                          • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                          • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                          • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                          • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                          • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                          • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                          • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                          • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                          • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                          • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                            光球付近における減速

                                                                                                                                                                                                                                            磁束浮上と背景場との密度の差 0 t

                                                                                                                                                                                                                                            磁場

                                                                                                                                                                                                                                            密度差

                                                                                                                                                                                                                                            磁場

                                                                                                                                                                                                                                            密度差密度差

                                                                                                                                                                                                                                            磁場

                                                                                                                                                                                                                                            118

                                                                                                                                                                                                                                            5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                                                                            119

                                                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                                                                            磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                                            総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                                            を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                                                                            総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                                            磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                                            120

                                                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                                                                            2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                                                                            点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                            121

                                                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                                                                            減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                                            122

                                                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                                                                            2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                                            123

                                                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                                                            2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                                                            124

                                                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                                                            times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                                                            125

                                                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                                                            密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                                                            対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                                                            EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                                                            127

                                                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                                                            times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                                                            軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                            減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                            129

                                                                                                                                                                                                                                            断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                            減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                            130

                                                                                                                                                                                                                                            Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                                                            Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                                                            observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                                                            2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                                                            3D simulations131

                                                                                                                                                                                                                                            Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                                            Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                                            force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                            that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                                            132

                                                                                                                                                                                                                                            Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                                            Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                                            persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                                            133

                                                                                                                                                                                                                                            Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                                            Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                                            gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                                            Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                                            zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                                            134

                                                                                                                                                                                                                                            Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                                            135

                                                                                                                                                                                                                                            Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                                            Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                                            magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                             rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                                             rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                             rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                                            Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                                            136

                                                                                                                                                                                                                                            3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                            137

                                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                                            138

                                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                                            twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                            139

                                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                            emerged

                                                                                                                                                                                                                                            q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                            q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                            140

                                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                            Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                            141

                                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                            142

                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                            Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                            Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                            Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                            Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                            Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                            Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                            Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                            plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                            at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                            143

                                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                            on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                            q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                              Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                              Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                            144

                                                                                                                                                                                                                                            dVB

                                                                                                                                                                                                                                            E corona

                                                                                                                                                                                                                                            2

                                                                                                                                                                                                                                            mag 8

                                                                                                                                                                                                                                            Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                            Conditions

                                                                                                                                                                                                                                            q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                            145

                                                                                                                                                                                                                                            Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                            Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                            Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                            Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                            Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                            Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                            Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                            Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                            セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                            結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                            146

                                                                                                                                                                                                                                            セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                            結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                            147

                                                                                                                                                                                                                                            • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                            • 内容
                                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                            • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                            • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                            • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                            • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                            • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                            • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                            • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                            • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                            • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                            • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                            • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                            • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                            • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                            • Fin
                                                                                                                                                                                                                                            • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                            • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                            • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                            • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                            • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                            • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                            • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                            • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                            • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                            • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                            • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                            • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                            • Setup
                                                                                                                                                                                                                                            • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                            • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                            • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                            • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                            • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                            • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                            • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                            • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                            • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                            • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                            • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                            • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                            • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                            • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                            • Observation
                                                                                                                                                                                                                                            • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                            • Results
                                                                                                                                                                                                                                            • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                            • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                            • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                            • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                            • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                            • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                            • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                            • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                            • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                            • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                            • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                            • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                            • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                            • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                            • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                            • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                            • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                            • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                            • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                            • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                            • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                            • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                            • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                            • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                            • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                            • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                            • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                            • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                            • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                            • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                              5 パラメータ研究

                                                                                                                                                                                                                                              119

                                                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                                                                              磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                                              総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                                              を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                                                                              総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                                              磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                                              120

                                                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                                                                              2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                                                                              点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                              121

                                                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                                                                              減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                                              122

                                                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                                                                              2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                                              123

                                                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                                                              2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                                                              124

                                                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                                                              times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                                                              125

                                                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                                                              密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                                                              対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                                                              EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                                                              127

                                                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                                                              times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                                                              軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                              減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                              129

                                                                                                                                                                                                                                              断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                              減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                              130

                                                                                                                                                                                                                                              Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                                                              Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                                                              observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                                                              2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                                                              3D simulations131

                                                                                                                                                                                                                                              Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                                              Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                                              force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                              that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                                              132

                                                                                                                                                                                                                                              Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                                              Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                                              persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                                              133

                                                                                                                                                                                                                                              Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                                              Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                                              gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                                              Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                                              zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                                              134

                                                                                                                                                                                                                                              Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                                              135

                                                                                                                                                                                                                                              Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                                              Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                                              magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                               rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                                               rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                               rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                                              Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                                              136

                                                                                                                                                                                                                                              3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                              137

                                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                                              138

                                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                                              twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                              139

                                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                              emerged

                                                                                                                                                                                                                                              q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                              q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                              140

                                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                              Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                              141

                                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                              142

                                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                              Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                              Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                              Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                              Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                              Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                              Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                              Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                              plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                              at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                              143

                                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                              on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                              q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                                Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                                Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                              144

                                                                                                                                                                                                                                              dVB

                                                                                                                                                                                                                                              E corona

                                                                                                                                                                                                                                              2

                                                                                                                                                                                                                                              mag 8

                                                                                                                                                                                                                                              Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                              Conditions

                                                                                                                                                                                                                                              q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                              145

                                                                                                                                                                                                                                              Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                              Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                              Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                              Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                              Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                              Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                              Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                              Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                              セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                              結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                              146

                                                                                                                                                                                                                                              セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                              結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                              147

                                                                                                                                                                                                                                              • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                              • 内容
                                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                              • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                              • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                              • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                              • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                              • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                              • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                              • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                              • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                              • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                              • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                              • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                              • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                              • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                              • Fin
                                                                                                                                                                                                                                              • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                              • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                              • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                              • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                              • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                              • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                              • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                              • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                              • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                              • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                              • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                              • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                              • Setup
                                                                                                                                                                                                                                              • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                              • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                              • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                              • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                              • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                              • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                              • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                              • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                              • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                              • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                              • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                              • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                              • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                              • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                              • Observation
                                                                                                                                                                                                                                              • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                              • Results
                                                                                                                                                                                                                                              • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                              • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                              • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                              • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                              • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                              • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                              • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                              • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                              • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                              • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                              • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                              • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                              • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                              • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                              • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                              • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                              • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                              • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                              • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                              • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                              • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                              • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                              • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                              • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                              • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                              • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                              • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                              • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                              • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                              • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (111)

                                                                                                                                                                                                                                                磁束浮上の条件を調べるため 初期磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                                                総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                                                を変えた計算を行った

                                                                                                                                                                                                                                                総磁束量 Φ

                                                                                                                                                                                                                                                磁場強度 BX

                                                                                                                                                                                                                                                120

                                                                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                                                                                2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                                                                                点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                                121

                                                                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                                                                                減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                                                122

                                                                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                                                                                2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                                                123

                                                                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                                                                2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                                                                124

                                                                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                                                                times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                                                                125

                                                                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                                                                密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                                                                対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                                                                EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                127

                                                                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                                                                times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                                                                軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                                減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                                129

                                                                                                                                                                                                                                                断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                                減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                                130

                                                                                                                                                                                                                                                Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                                                                Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                                                                observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                                                                2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                                                                3D simulations131

                                                                                                                                                                                                                                                Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                                                Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                                                force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                                                132

                                                                                                                                                                                                                                                Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                                                Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                                                persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                                                133

                                                                                                                                                                                                                                                Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                                                Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                                                gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                                                Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                                                zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                                                134

                                                                                                                                                                                                                                                Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                                                135

                                                                                                                                                                                                                                                Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                                                Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                                                magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                 rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                 rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                 rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                                                Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                                                136

                                                                                                                                                                                                                                                3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                137

                                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                                                138

                                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                                                twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                                139

                                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                                emerged

                                                                                                                                                                                                                                                q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                140

                                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                                141

                                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                                142

                                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                                Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                                plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                                143

                                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                                on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                                q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                                  Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                                  Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                                144

                                                                                                                                                                                                                                                dVB

                                                                                                                                                                                                                                                E corona

                                                                                                                                                                                                                                                2

                                                                                                                                                                                                                                                mag 8

                                                                                                                                                                                                                                                Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                                Conditions

                                                                                                                                                                                                                                                q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                145

                                                                                                                                                                                                                                                Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                                Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                                146

                                                                                                                                                                                                                                                セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                                147

                                                                                                                                                                                                                                                • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                • 内容
                                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                                • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                                • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                                • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                                • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                                • Fin
                                                                                                                                                                                                                                                • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                                • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                                • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                                • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                                • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                                • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                                • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                                • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                • Setup
                                                                                                                                                                                                                                                • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                                • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                                • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                                • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                                • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                                • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                                • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                                • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                • Observation
                                                                                                                                                                                                                                                • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                                • Results
                                                                                                                                                                                                                                                • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                                • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                                • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                                • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                                • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                                • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                                • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                                • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                                • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                                • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                                • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                                • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                                • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                                • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                                • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                                • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                                • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                                • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (211)

                                                                                                                                                                                                                                                  2段階浮上times 対流層内で停止 減速せず直接浮上

                                                                                                                                                                                                                                                  点線 細管近似による結果(Moreno-Insertis et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                                  121

                                                                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                                                                                  減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                                                  122

                                                                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                                                                                  2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                                                  123

                                                                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                                                                  2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                                                                  124

                                                                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                                                                  times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                                                                  125

                                                                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                                                                  密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                                                                  対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                                                                  EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                  127

                                                                                                                                                                                                                                                  パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                                                                  times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                                                                  軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                                  減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                                  129

                                                                                                                                                                                                                                                  断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                                  減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                                  130

                                                                                                                                                                                                                                                  Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                                                                  Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                                                                  observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                                                                  2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                                                                  3D simulations131

                                                                                                                                                                                                                                                  Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                                                  Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                                                  force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                  that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                                                  132

                                                                                                                                                                                                                                                  Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                                                  Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                                                  persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                                                  133

                                                                                                                                                                                                                                                  Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                                                  Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                                                  gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                                                  Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                                                  zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                                                  134

                                                                                                                                                                                                                                                  Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                                                  135

                                                                                                                                                                                                                                                  Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                                                  Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                                                  magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                   rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                   rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                   rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                                                  Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                                                  136

                                                                                                                                                                                                                                                  3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                  137

                                                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                                                  138

                                                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                                                  twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                                  139

                                                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                                  emerged

                                                                                                                                                                                                                                                  q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                  q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                  140

                                                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                  Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                                  141

                                                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                                  142

                                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                  Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                  Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                  Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                                  Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                  Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                  Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                  Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                                  plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                  at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                                  143

                                                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                                  on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                                  q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                                    Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                                    Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                                  144

                                                                                                                                                                                                                                                  dVB

                                                                                                                                                                                                                                                  E corona

                                                                                                                                                                                                                                                  2

                                                                                                                                                                                                                                                  mag 8

                                                                                                                                                                                                                                                  Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                                  Conditions

                                                                                                                                                                                                                                                  q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                  145

                                                                                                                                                                                                                                                  Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                  Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                  Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                  Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                                  Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                  Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                  Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                  Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                  セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                  結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                                  146

                                                                                                                                                                                                                                                  セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                  結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                                  147

                                                                                                                                                                                                                                                  • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                  • 内容
                                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                                  • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                                  • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                  • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                                  • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                                  • Fin
                                                                                                                                                                                                                                                  • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                                  • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                  • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                  • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                                  • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                  • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                  • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                                  • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                  • Setup
                                                                                                                                                                                                                                                  • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                  • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                                  • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                                  • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                                  • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                                  • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                  • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                  • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                                  • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                  • Observation
                                                                                                                                                                                                                                                  • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Results
                                                                                                                                                                                                                                                  • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                  • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                                  • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                  • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                  • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                  • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                  • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                                  • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                                  • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                                  • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                  • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                                  • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (311)

                                                                                                                                                                                                                                                    減速せず直接浮上bull光球による減速を示さず直接的に上空大気へ浮上bull浮上後の光球磁場強度は 5000 G以上rarr 観測 (~1000 G) から大きく外れているrarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                                                    122

                                                                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                                                                                    2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                                                    123

                                                                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                                                                    2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                                                                    124

                                                                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                                                                    times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                                                                    125

                                                                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                                                                    密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                                                                    対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                                                                    EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                    127

                                                                                                                                                                                                                                                    パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                                                                    times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                                                                    軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                                    減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                                    129

                                                                                                                                                                                                                                                    断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                                    減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                                    130

                                                                                                                                                                                                                                                    Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                                                                    Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                                                                    observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                                                                    2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                                                                    3D simulations131

                                                                                                                                                                                                                                                    Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                                                    Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                                                    force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                    that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                                                    132

                                                                                                                                                                                                                                                    Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                                                    Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                                                    persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                                                    133

                                                                                                                                                                                                                                                    Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                                                    Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                                                    gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                                                    Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                                                    zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                                                    134

                                                                                                                                                                                                                                                    Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                                                    135

                                                                                                                                                                                                                                                    Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                                                    Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                                                    magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                     rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                     rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                     rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                                                    Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                                                    136

                                                                                                                                                                                                                                                    3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                    137

                                                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                                                    138

                                                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                                                    twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                                    139

                                                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                                    emerged

                                                                                                                                                                                                                                                    q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                    q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                    140

                                                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                    Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                                    141

                                                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                                    142

                                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                    Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                    Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                    Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                                    Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                    Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                    Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                    Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                                    plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                    at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                                    143

                                                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                                    on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                                    q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                                      Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                                      Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                                    144

                                                                                                                                                                                                                                                    dVB

                                                                                                                                                                                                                                                    E corona

                                                                                                                                                                                                                                                    2

                                                                                                                                                                                                                                                    mag 8

                                                                                                                                                                                                                                                    Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                                    Conditions

                                                                                                                                                                                                                                                    q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                    145

                                                                                                                                                                                                                                                    Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                    Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                    Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                    Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                                    Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                    Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                    Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                    Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                    セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                    結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                                    146

                                                                                                                                                                                                                                                    セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                    結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                                    147

                                                                                                                                                                                                                                                    • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                    • 内容
                                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                                    • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                                    • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                    • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                                    • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                                    • Fin
                                                                                                                                                                                                                                                    • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                                    • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                    • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                    • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                                    • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                    • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                    • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                                    • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                    • Setup
                                                                                                                                                                                                                                                    • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                    • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                                    • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                                    • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                                    • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                                    • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                    • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                    • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                                    • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                    • Observation
                                                                                                                                                                                                                                                    • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Results
                                                                                                                                                                                                                                                    • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                    • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                                    • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                    • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                    • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                    • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                    • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                                    • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                                    • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                                    • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                    • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                                    • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (511)

                                                                                                                                                                                                                                                      2段階浮上bullCase 4-6 は浮上後の光球磁場強度が ~5000 Grarr 活動領域の形成モデルとして不適

                                                                                                                                                                                                                                                      123

                                                                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                                                                      2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                                                                      124

                                                                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                                                                      times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                                                                      125

                                                                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                                                                      密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                                                                      対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                                                                      EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                      127

                                                                                                                                                                                                                                                      パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                                                                      times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                                                                      軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                                      減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                                      129

                                                                                                                                                                                                                                                      断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                                      深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                                      減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                                      130

                                                                                                                                                                                                                                                      Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                                                                      Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                                                                      observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                                                                      2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                                                                      3D simulations131

                                                                                                                                                                                                                                                      Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                                                      Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                                                      force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                      that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                                                      132

                                                                                                                                                                                                                                                      Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                                                      Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                                                      persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                                                      133

                                                                                                                                                                                                                                                      Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                                                      Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                                                      gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                                                      Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                                                      zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                                                      134

                                                                                                                                                                                                                                                      Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                                                      135

                                                                                                                                                                                                                                                      Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                                                      Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                                                      magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                       rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                       rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                       rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                                                      Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                                                      136

                                                                                                                                                                                                                                                      3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                      137

                                                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                                                      138

                                                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                                                      twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                                      139

                                                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                                      emerged

                                                                                                                                                                                                                                                      q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                      q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                      140

                                                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                      Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                                      141

                                                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                                      142

                                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                      Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                      Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                      Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                                      Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                      Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                      Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                      Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                                      plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                      at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                                      143

                                                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                                      on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                                      q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                                        Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                                        Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                                      144

                                                                                                                                                                                                                                                      dVB

                                                                                                                                                                                                                                                      E corona

                                                                                                                                                                                                                                                      2

                                                                                                                                                                                                                                                      mag 8

                                                                                                                                                                                                                                                      Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                                      Conditions

                                                                                                                                                                                                                                                      q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                      145

                                                                                                                                                                                                                                                      Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                      Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                      Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                      Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                                      Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                      Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                      Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                      Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                      セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                      結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                                      146

                                                                                                                                                                                                                                                      セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                      結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                                      147

                                                                                                                                                                                                                                                      • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                      • 内容
                                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                                      • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                                      • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                      • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                                      • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                                      • Fin
                                                                                                                                                                                                                                                      • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                                      • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                      • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                      • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                                      • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                      • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                      • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                                      • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                      • Setup
                                                                                                                                                                                                                                                      • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                      • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                                      • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                                      • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                                      • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                                      • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                      • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                      • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                                      • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                      • Observation
                                                                                                                                                                                                                                                      • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Results
                                                                                                                                                                                                                                                      • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                      • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                                      • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                      • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                      • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                      • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                      • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                                      • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                                      • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                                      • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                      • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                                      • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (611)

                                                                                                                                                                                                                                                        2段階浮上bull活動領域の形成モデルとしては Case 1 7 が適切rarr 光球磁場強度 ~1500 Grarr実際の活動領域を形成する浮上磁場は 2段階浮上を経ている可能性が高い

                                                                                                                                                                                                                                                        124

                                                                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                                                                        times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                                                                        125

                                                                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                                                                        密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                                                                        対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                                                                        EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                        127

                                                                                                                                                                                                                                                        パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                                                                        times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                                                                        軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                                        減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                                        129

                                                                                                                                                                                                                                                        断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                                        深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                                        減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                                        130

                                                                                                                                                                                                                                                        Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                                                                        Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                                                                        observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                                                                        2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                                                                        3D simulations131

                                                                                                                                                                                                                                                        Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                                                        Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                                                        force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                        that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                                                        132

                                                                                                                                                                                                                                                        Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                                                        Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                                                        persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                                                        133

                                                                                                                                                                                                                                                        Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                                                        Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                                                        gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                                                        Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                                                        zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                                                        134

                                                                                                                                                                                                                                                        Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                                                        135

                                                                                                                                                                                                                                                        Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                                                        Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                                                        magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                         rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                         rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                         rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                                                        Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                                                        136

                                                                                                                                                                                                                                                        3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                        137

                                                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                                                        138

                                                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                                                        twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                                        139

                                                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                                        emerged

                                                                                                                                                                                                                                                        q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                        q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                        140

                                                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                        Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                                        141

                                                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                                        142

                                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                        Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                        Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                        Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                                        Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                        Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                        Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                        Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                                        plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                        at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                                        143

                                                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                                        on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                                        q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                                          Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                                          Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                                        144

                                                                                                                                                                                                                                                        dVB

                                                                                                                                                                                                                                                        E corona

                                                                                                                                                                                                                                                        2

                                                                                                                                                                                                                                                        mag 8

                                                                                                                                                                                                                                                        Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                                        Conditions

                                                                                                                                                                                                                                                        q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                        145

                                                                                                                                                                                                                                                        Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                        Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                        Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                        Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                                        Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                        Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                        Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                        Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                        セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                        結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                                        146

                                                                                                                                                                                                                                                        セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                        結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                                        147

                                                                                                                                                                                                                                                        • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                        • 内容
                                                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                                        • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                                        • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                        • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                                        • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                        • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                        • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                                        • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                                        • Fin
                                                                                                                                                                                                                                                        • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                                        • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                        • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                        • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                                        • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                        • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                        • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                                        • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                                        • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                                        • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                                        • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                                        • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                        • Setup
                                                                                                                                                                                                                                                        • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                        • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                                        • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                                        • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                                        • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                                        • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                                        • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                        • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                        • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                                        • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                        • Observation
                                                                                                                                                                                                                                                        • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Results
                                                                                                                                                                                                                                                        • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                        • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                                        • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                        • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                        • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                                        • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                        • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                        • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                                        • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                                        • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                                        • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                        • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                                        • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (711)

                                                                                                                                                                                                                                                          times 対流層内で停止bullCase 9-14 は十分な磁場強度がなかったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられた

                                                                                                                                                                                                                                                          125

                                                                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                                                                          密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                                                                          対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                                                                          EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                          127

                                                                                                                                                                                                                                                          パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                                                                          times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                                                                          軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                                          減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                                          129

                                                                                                                                                                                                                                                          断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                                          深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                                          減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                                          130

                                                                                                                                                                                                                                                          Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                                                                          Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                                                                          observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                                                                          2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                                                                          3D simulations131

                                                                                                                                                                                                                                                          Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                                                          Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                                                          force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                          that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                                                          132

                                                                                                                                                                                                                                                          Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                                                          Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                                                          persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                                                          133

                                                                                                                                                                                                                                                          Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                                                          Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                                                          gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                                                          Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                                                          zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                                                          134

                                                                                                                                                                                                                                                          Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                                                          135

                                                                                                                                                                                                                                                          Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                                                          Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                                                          magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                           rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                           rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                           rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                                                          Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                                                          136

                                                                                                                                                                                                                                                          3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                          137

                                                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                                                          138

                                                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                                                          twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                                          139

                                                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                                          emerged

                                                                                                                                                                                                                                                          q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                          q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                          140

                                                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                          Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                                          141

                                                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                                          142

                                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                          Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                          Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                          Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                                          Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                          Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                          Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                          Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                                          plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                          at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                                          143

                                                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                                          on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                                          q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                                            Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                                            Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                                          144

                                                                                                                                                                                                                                                          dVB

                                                                                                                                                                                                                                                          E corona

                                                                                                                                                                                                                                                          2

                                                                                                                                                                                                                                                          mag 8

                                                                                                                                                                                                                                                          Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                                          Conditions

                                                                                                                                                                                                                                                          q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                          145

                                                                                                                                                                                                                                                          Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                          Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                          Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                          Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                                          Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                          Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                          Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                          Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                          セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                          結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                                          146

                                                                                                                                                                                                                                                          セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                          結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                                          147

                                                                                                                                                                                                                                                          • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                          • 内容
                                                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                                          • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                                          • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                          • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                                          • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                          • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                          • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                                          • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                                          • Fin
                                                                                                                                                                                                                                                          • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                                          • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                          • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                          • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                                          • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                          • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                          • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                                          • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                                          • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                                          • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                                          • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                                          • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                          • Setup
                                                                                                                                                                                                                                                          • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                          • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                                          • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                                          • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                                          • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                                          • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                                          • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                          • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                          • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                                          • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                          • Observation
                                                                                                                                                                                                                                                          • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Results
                                                                                                                                                                                                                                                          • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                          • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                                          • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                          • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                          • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                                          • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                          • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                          • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                                          • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                                          • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                                          • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                          • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                                          • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (811)

                                                                                                                                                                                                                                                            密度磁力線速度場126

                                                                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                                                                            対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                                                                            EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                            127

                                                                                                                                                                                                                                                            パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                                                                            times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                                                                            軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                                            減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                                            129

                                                                                                                                                                                                                                                            断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                                            深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                                            減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                                            130

                                                                                                                                                                                                                                                            Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                                                                            Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                                                                            observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                                                                            2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                                                                            3D simulations131

                                                                                                                                                                                                                                                            Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                                                            Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                                                            force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                            that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                                                            132

                                                                                                                                                                                                                                                            Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                                                            Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                                                            persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                                                            133

                                                                                                                                                                                                                                                            Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                                                            Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                                                            gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                                                            Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                                                            zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                                                            134

                                                                                                                                                                                                                                                            Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                                                            135

                                                                                                                                                                                                                                                            Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                                                            Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                                                            magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                             rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                             rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                             rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                                                            Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                                                            136

                                                                                                                                                                                                                                                            3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                            137

                                                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                                                            138

                                                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                                                            twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                                            139

                                                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                                            emerged

                                                                                                                                                                                                                                                            q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                            q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                            140

                                                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                            Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                                            141

                                                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                                            142

                                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                            Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                            Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                            Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                                            Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                            Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                            Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                            Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                                            plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                            at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                                            143

                                                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                                            on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                                            q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                                              Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                                              Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                                            144

                                                                                                                                                                                                                                                            dVB

                                                                                                                                                                                                                                                            E corona

                                                                                                                                                                                                                                                            2

                                                                                                                                                                                                                                                            mag 8

                                                                                                                                                                                                                                                            Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                                            Conditions

                                                                                                                                                                                                                                                            q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                            145

                                                                                                                                                                                                                                                            Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                            Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                            Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                            Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                                            Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                            Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                            Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                            Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                            セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                            結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                                            146

                                                                                                                                                                                                                                                            セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                            結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                                            147

                                                                                                                                                                                                                                                            • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                            • 内容
                                                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                                            • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                                            • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                            • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                                            • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                            • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                            • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                                            • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                                            • Fin
                                                                                                                                                                                                                                                            • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                                            • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                            • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                            • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                                            • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                            • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                            • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                                            • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                                            • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                                            • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                                            • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                                            • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                            • Setup
                                                                                                                                                                                                                                                            • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                            • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                                            • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                                            • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                                            • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                                            • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                                            • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                            • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                            • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                                            • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                            • Observation
                                                                                                                                                                                                                                                            • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Results
                                                                                                                                                                                                                                                            • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                            • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                                            • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                            • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                            • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                                            • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                            • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                            • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                                            • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                                            • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                            • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                                            • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (911)

                                                                                                                                                                                                                                                              対流層内部について磁場エネルギー密度 Emag=B2(8π) と運動エネルギー密度 Ekin=ρV22 との比をプロットしたもの磁束は対流に負けているため形状を保てない

                                                                                                                                                                                                                                                              EmagEkin lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                              127

                                                                                                                                                                                                                                                              パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                                                                              times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                                                                              軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                                              減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                                              129

                                                                                                                                                                                                                                                              断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                                              深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                                              減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                                              130

                                                                                                                                                                                                                                                              Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                                                                              Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                                                                              observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                                                                              2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                                                                              3D simulations131

                                                                                                                                                                                                                                                              Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                                                              Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                                                              force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                              that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                                                              132

                                                                                                                                                                                                                                                              Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                                                              Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                                                              persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                                                              133

                                                                                                                                                                                                                                                              Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                                                              Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                                                              gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                                                              Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                                                              zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                                                              134

                                                                                                                                                                                                                                                              Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                                                              135

                                                                                                                                                                                                                                                              Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                                                              Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                                                              magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                               rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                               rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                               rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                                                              Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                                                              136

                                                                                                                                                                                                                                                              3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                              137

                                                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                                                              138

                                                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                                                              twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                                              139

                                                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                                              emerged

                                                                                                                                                                                                                                                              q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                              q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                              140

                                                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                              Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                                              141

                                                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                                              142

                                                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                              Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                              Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                              Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                                              Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                              Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                              Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                              Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                                              plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                              at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                                              143

                                                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                                              on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                                              q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                                              144

                                                                                                                                                                                                                                                              dVB

                                                                                                                                                                                                                                                              E corona

                                                                                                                                                                                                                                                              2

                                                                                                                                                                                                                                                              mag 8

                                                                                                                                                                                                                                                              Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                                              Conditions

                                                                                                                                                                                                                                                              q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                              145

                                                                                                                                                                                                                                                              Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                              Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                              Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                              Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                                              Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                              Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                              Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                              Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                              セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                              結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                                              146

                                                                                                                                                                                                                                                              セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                              結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                                              147

                                                                                                                                                                                                                                                              • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                              • 内容
                                                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                                              • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                                              • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                              • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                                              • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                              • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                              • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                                              • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                                              • Fin
                                                                                                                                                                                                                                                              • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                                              • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                              • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                              • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                                              • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                              • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                              • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                                              • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                                              • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                                              • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                                              • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                                              • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                              • Setup
                                                                                                                                                                                                                                                              • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                              • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                                              • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                                              • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                                              • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                                              • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                                              • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                              • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                              • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                                              • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                              • Observation
                                                                                                                                                                                                                                                              • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Results
                                                                                                                                                                                                                                                              • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                              • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                                              • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                              • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                              • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                                              • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                              • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                              • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                                              • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                                              • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                                              • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                              • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                                              • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                                パラメータ研究 (1011)

                                                                                                                                                                                                                                                                times 対流層内で停止bullCase 8 は十分な磁場強度があったため対流層内で流体の運動によって崩壊させられなかったが 2段階浮上を起こすだけの磁気圧勾配を生じなかったrarr 光球磁場強度は ~ 1 Grarr静穏領域の磁場の起源の可能性がある 128

                                                                                                                                                                                                                                                                軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                                                減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                                                129

                                                                                                                                                                                                                                                                断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                                                深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                                                減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                                                130

                                                                                                                                                                                                                                                                Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                                                                                Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                                                                                observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                                                                                2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                                                                                3D simulations131

                                                                                                                                                                                                                                                                Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                                                                Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                                                                force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                                                                132

                                                                                                                                                                                                                                                                Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                                                                Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                                                                persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                                                                133

                                                                                                                                                                                                                                                                Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                                                                Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                                                                gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                                                                Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                                                                zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                                                                134

                                                                                                                                                                                                                                                                Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                                                                135

                                                                                                                                                                                                                                                                Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                                                                Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                                                                magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                                 rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                                 rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                                 rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                                                                Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                                                                136

                                                                                                                                                                                                                                                                3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                137

                                                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                                                                138

                                                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                                                                twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                                                139

                                                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                                                emerged

                                                                                                                                                                                                                                                                q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                                q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                                140

                                                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                                                141

                                                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                                                142

                                                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                                                Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                                                plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                                at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                                                143

                                                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                                                on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                                                q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                  Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                  Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                                                144

                                                                                                                                                                                                                                                                dVB

                                                                                                                                                                                                                                                                E corona

                                                                                                                                                                                                                                                                2

                                                                                                                                                                                                                                                                mag 8

                                                                                                                                                                                                                                                                Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                                                Conditions

                                                                                                                                                                                                                                                                q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                145

                                                                                                                                                                                                                                                                Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                                                Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                146

                                                                                                                                                                                                                                                                セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                147

                                                                                                                                                                                                                                                                • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                • 内容
                                                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                                                • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                                                • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                                                • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                                                • Fin
                                                                                                                                                                                                                                                                • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                                                • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                                                • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                                                • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                                                • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                                                • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                                                • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                                                • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                • Setup
                                                                                                                                                                                                                                                                • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                                                • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                                                • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                                                • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                                                • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                                                • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                • Observation
                                                                                                                                                                                                                                                                • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Results
                                                                                                                                                                                                                                                                • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                                                • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                                                • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                                                • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                                                • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                                                • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                                  軸方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で浮力不安定により 1段階目の浮上 t = 700 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 2000 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                                                  減速機構 深さ 1 万 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                                                  129

                                                                                                                                                                                                                                                                  断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                                                  深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                                                  減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                                                  130

                                                                                                                                                                                                                                                                  Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                                                                                  Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                                                                                  observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                                                                                  2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                                                                                  3D simulations131

                                                                                                                                                                                                                                                                  Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                                                                  Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                                                                  force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                  that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                                                                  132

                                                                                                                                                                                                                                                                  Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                                                                  Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                                                                  persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                                                                  133

                                                                                                                                                                                                                                                                  Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                                                                  Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                                                                  gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                                                                  Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                                                                  zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                                                                  134

                                                                                                                                                                                                                                                                  Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                                                                  135

                                                                                                                                                                                                                                                                  Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                                                                  Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                                                                  magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                                   rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                                   rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                                   rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                                                                  Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                                                                  136

                                                                                                                                                                                                                                                                  3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                  137

                                                                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                                                                  138

                                                                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                                                                  twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                                                  139

                                                                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                                                  emerged

                                                                                                                                                                                                                                                                  q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                                  q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                                  140

                                                                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                  Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                                                  141

                                                                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                                                  142

                                                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                  Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                  Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                  Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                                                  Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                  Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                  Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                  Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                                                  plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                                  at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                                                  143

                                                                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                                                  on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                                                  q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                    Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                    Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                                                  144

                                                                                                                                                                                                                                                                  dVB

                                                                                                                                                                                                                                                                  E corona

                                                                                                                                                                                                                                                                  2

                                                                                                                                                                                                                                                                  mag 8

                                                                                                                                                                                                                                                                  Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                                                  Conditions

                                                                                                                                                                                                                                                                  q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                  145

                                                                                                                                                                                                                                                                  Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                  Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                  Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                  Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                                                  Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                  Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                  Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                  Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                  セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                  結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                  146

                                                                                                                                                                                                                                                                  セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                  結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                  147

                                                                                                                                                                                                                                                                  • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 内容
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Fin
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                  • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Setup
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Observation
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Results
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                  • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                  • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                                                  • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                                    断面方向計算のまとめ

                                                                                                                                                                                                                                                                    深さ 2 万 km からの磁束浮上 t = 0 対流層内で磁気浮力により 1段階目の浮上 t = 500 浮上速度が減速に転じ光球付近に広がる t = 900 局所的に磁気浮力不安定性を生じ 2段階目の浮上

                                                                                                                                                                                                                                                                    減速機構 軸方向計算ほど減速しないが十分に膨張すると減速 深さ 5000 km 付近での減速磁束上のプラズマが光球と磁束に挟まれ 磁束を抑制する

                                                                                                                                                                                                                                                                    130

                                                                                                                                                                                                                                                                    Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                                                                                    Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                                                                                    observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                                                                                    2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                                                                                    3D simulations131

                                                                                                                                                                                                                                                                    Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                                                                    Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                                                                    force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                    that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                                                                    132

                                                                                                                                                                                                                                                                    Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                                                                    Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                                                                    persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                                                                    133

                                                                                                                                                                                                                                                                    Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                                                                    Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                                                                    gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                                                                    Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                                                                    zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                                                                    134

                                                                                                                                                                                                                                                                    Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                                                                    135

                                                                                                                                                                                                                                                                    Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                                                                    Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                                                                    magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                                     rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                                     rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                                     rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                                                                    Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                                                                    136

                                                                                                                                                                                                                                                                    3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                    137

                                                                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                                                                    138

                                                                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                                                                    twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                                                    139

                                                                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                                                    emerged

                                                                                                                                                                                                                                                                    q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                                    q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                                    140

                                                                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                    Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                                                    141

                                                                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                                                    142

                                                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                    Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                    Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                    Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                                                    Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                    Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                    Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                    Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                                                    plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                                    at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                                                    143

                                                                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                                                    on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                                                    q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                      Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                      Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                                                    144

                                                                                                                                                                                                                                                                    dVB

                                                                                                                                                                                                                                                                    E corona

                                                                                                                                                                                                                                                                    2

                                                                                                                                                                                                                                                                    mag 8

                                                                                                                                                                                                                                                                    Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                                                    Conditions

                                                                                                                                                                                                                                                                    q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                    145

                                                                                                                                                                                                                                                                    Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                    Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                    Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                    Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                                                    Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                    Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                    Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                    Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                    セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                    結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                    146

                                                                                                                                                                                                                                                                    セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                    結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                    147

                                                                                                                                                                                                                                                                    • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 内容
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Fin
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                    • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Setup
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Observation
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Results
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                    • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                    • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                                                    • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                                      Resistive Emergence Model

                                                                                                                                                                                                                                                                      Pariat et al (2004) Model established through

                                                                                                                                                                                                                                                                      observations Isobe et al (2007)

                                                                                                                                                                                                                                                                      2D simulations Archontis amp Hood (2008)

                                                                                                                                                                                                                                                                      3D simulations131

                                                                                                                                                                                                                                                                      Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                                                                      Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                                                                      force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                      that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                                                                      132

                                                                                                                                                                                                                                                                      Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                                                                      Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                                                                      persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                                                                      133

                                                                                                                                                                                                                                                                      Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                                                                      Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                                                                      gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                                                                      Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                                                                      zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                                                                      134

                                                                                                                                                                                                                                                                      Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                                                                      135

                                                                                                                                                                                                                                                                      Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                                                                      Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                                                                      magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                                       rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                                       rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                                       rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                                                                      Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                                                                      136

                                                                                                                                                                                                                                                                      3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                      137

                                                                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                                                                      138

                                                                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                                                                      twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                                                      139

                                                                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                                                      emerged

                                                                                                                                                                                                                                                                      q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                                      q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                                      140

                                                                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                      Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                                                      141

                                                                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                                                      142

                                                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                      Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                      Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                      Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                                                      Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                      Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                      Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                      Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                                                      plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                                      at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                                                      143

                                                                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                                                      on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                                                      q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                        Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                        Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                                                      144

                                                                                                                                                                                                                                                                      dVB

                                                                                                                                                                                                                                                                      E corona

                                                                                                                                                                                                                                                                      2

                                                                                                                                                                                                                                                                      mag 8

                                                                                                                                                                                                                                                                      Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                                                      Conditions

                                                                                                                                                                                                                                                                      q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                      145

                                                                                                                                                                                                                                                                      Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                      Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                      Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                      Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                                                      Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                      Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                      Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                      Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                      セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                      結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                      146

                                                                                                                                                                                                                                                                      セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                      結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                      147

                                                                                                                                                                                                                                                                      • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 内容
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Fin
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                      • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Setup
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Observation
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Results
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                      • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                      • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                                                      • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                                        Preceding Studies(13)

                                                                                                                                                                                                                                                                        Moreno-Insertis amp Emonet (1996) Emonet amp Moreno-Insertis (1998) 25D MHD No splitting occurs with a twisted tube Decelerate because the aerodynamic drag

                                                                                                                                                                                                                                                                        force cancels the buoyancy Finally the drag balances the buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                        that the tube approaches the asymptotic (terminal velocity) phase

                                                                                                                                                                                                                                                                        132

                                                                                                                                                                                                                                                                        Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                                                                        Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                                                                        persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                                                                        133

                                                                                                                                                                                                                                                                        Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                                                                        Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                                                                        gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                                                                        Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                                                                        zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                                                                        134

                                                                                                                                                                                                                                                                        Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                                                                        135

                                                                                                                                                                                                                                                                        Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                                                                        Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                                                                        magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                                         rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                                         rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                                         rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                                                                        Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                                                                        136

                                                                                                                                                                                                                                                                        3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                        137

                                                                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                                                                        138

                                                                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                                                                        twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                                                        139

                                                                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                                                        emerged

                                                                                                                                                                                                                                                                        q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                                        q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                                        140

                                                                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                        Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                                                        141

                                                                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                                                        142

                                                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                        Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                        Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                        Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                                                        Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                        Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                        Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                        Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                                                        plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                                        at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                                                        143

                                                                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                                                        on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                                                        q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                          Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                          Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                                                        144

                                                                                                                                                                                                                                                                        dVB

                                                                                                                                                                                                                                                                        E corona

                                                                                                                                                                                                                                                                        2

                                                                                                                                                                                                                                                                        mag 8

                                                                                                                                                                                                                                                                        Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                                                        Conditions

                                                                                                                                                                                                                                                                        q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                        145

                                                                                                                                                                                                                                                                        Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                        Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                        Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                        Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                                                        Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                        Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                        Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                        Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                        セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                        結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                        146

                                                                                                                                                                                                                                                                        セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                        結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                        147

                                                                                                                                                                                                                                                                        • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 内容
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Fin
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                        • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Setup
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Observation
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Results
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                        • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                        • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                                                        • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                                          Preceding Studies(23)

                                                                                                                                                                                                                                                                          Magara (2001) 25D MHD Emergence of the twisted tube Initial depth ~5H ~ 1000 km Decelerate since the rise motion cannot

                                                                                                                                                                                                                                                                          persist through the photosphere because the photosphere is a convectively stable layer that inhibits the unidirectional gas motion

                                                                                                                                                                                                                                                                          133

                                                                                                                                                                                                                                                                          Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                                                                          Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                                                                          gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                                                                          Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                                                                          zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                                                                          134

                                                                                                                                                                                                                                                                          Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                                                                          135

                                                                                                                                                                                                                                                                          Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                                                                          Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                                                                          magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                                           rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                                           rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                                           rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                                                                          Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                                                                          136

                                                                                                                                                                                                                                                                          3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                          137

                                                                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                                                                          138

                                                                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                                                                          twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                                                          139

                                                                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                                                          emerged

                                                                                                                                                                                                                                                                          q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                                          q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                                          140

                                                                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                          Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                                                          141

                                                                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                                                          142

                                                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                          Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                          Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                          Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                                                          Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                          Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                          Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                          Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                                                          plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                                          at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                                                          143

                                                                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                                                          on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                                                          q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                            Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                            Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                                                          144

                                                                                                                                                                                                                                                                          dVB

                                                                                                                                                                                                                                                                          E corona

                                                                                                                                                                                                                                                                          2

                                                                                                                                                                                                                                                                          mag 8

                                                                                                                                                                                                                                                                          Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                                                          Conditions

                                                                                                                                                                                                                                                                          q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                          145

                                                                                                                                                                                                                                                                          Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                          Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                          Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                          Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                                                          Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                          Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                          Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                          Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                          セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                          結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                          146

                                                                                                                                                                                                                                                                          セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                          結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                          147

                                                                                                                                                                                                                                                                          • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 内容
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Fin
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                          • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Setup
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Observation
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Results
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                          • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                          • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                                                          • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                                            Preceding Studies(33)

                                                                                                                                                                                                                                                                            Archontis et al (2004) Murray et al (2006) 3D MHD Emergence of the twisted tube Acceleration diminishes due to the aerodynamic drag Before reaching the asymptotic phase the vertical gas pressure

                                                                                                                                                                                                                                                                            gradient exceeds the buoyancy force that the tube decelerates since the tube is close to the photosphere

                                                                                                                                                                                                                                                                            Pressure gradient Magnetic buoyancy force

                                                                                                                                                                                                                                                                            zzz pF BJg

                                                                                                                                                                                                                                                                            134

                                                                                                                                                                                                                                                                            Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                                                                            135

                                                                                                                                                                                                                                                                            Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                                                                            Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                                                                            magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                                             rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                                             rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                                             rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                                                                            Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                                                                            136

                                                                                                                                                                                                                                                                            3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                            137

                                                                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                                                                            138

                                                                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                                                                            twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                                                            139

                                                                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                                                            emerged

                                                                                                                                                                                                                                                                            q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                                            q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                                            140

                                                                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                            Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                                                            141

                                                                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                                                            142

                                                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                            Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                            Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                            Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                                                            Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                            Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                            Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                            Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                                                            plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                                            at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                                                            143

                                                                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                                                            on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                                                            q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                              Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                              Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                                                            144

                                                                                                                                                                                                                                                                            dVB

                                                                                                                                                                                                                                                                            E corona

                                                                                                                                                                                                                                                                            2

                                                                                                                                                                                                                                                                            mag 8

                                                                                                                                                                                                                                                                            Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                                                            Conditions

                                                                                                                                                                                                                                                                            q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                            145

                                                                                                                                                                                                                                                                            Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                            Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                            Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                            Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                                                            Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                            Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                            Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                            Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                            セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                            結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                            146

                                                                                                                                                                                                                                                                            セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                            結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                            147

                                                                                                                                                                                                                                                                            • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 内容
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Fin
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                            • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Setup
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Observation
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Results
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                            • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                            • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                                                            • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                                              Parameter Survey and Discussion (99)

                                                                                                                                                                                                                                                                              135

                                                                                                                                                                                                                                                                              Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                                                                              Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                                                                              magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                                               rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                                               rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                                               rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                                                                              Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                                                                              136

                                                                                                                                                                                                                                                                              3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                              137

                                                                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                                                                              138

                                                                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                                                                              twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                                                              139

                                                                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                                                              emerged

                                                                                                                                                                                                                                                                              q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                                              q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                                              140

                                                                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                              Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                                                              141

                                                                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                                                              142

                                                                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                              Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                              Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                              Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                                                              Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                              Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                              Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                              Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                                                              plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                                              at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                                                              143

                                                                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                                                              on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                                                              q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                                Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                                Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                                                              144

                                                                                                                                                                                                                                                                              dVB

                                                                                                                                                                                                                                                                              E corona

                                                                                                                                                                                                                                                                              2

                                                                                                                                                                                                                                                                              mag 8

                                                                                                                                                                                                                                                                              Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                                                              Conditions

                                                                                                                                                                                                                                                                              q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                              145

                                                                                                                                                                                                                                                                              Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                              Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                              Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                              Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                                                              Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                              Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                              Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                              Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                              セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                              結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                              146

                                                                                                                                                                                                                                                                              セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                              結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                              147

                                                                                                                                                                                                                                                                              • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 内容
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Fin
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                              • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Setup
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Observation
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Results
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                              • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                              • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                                                              • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                                                Parameter Survey and Discussion (89)

                                                                                                                                                                                                                                                                                Moreno-Insertis et al (1995) TFT approximation Initial field strength and

                                                                                                                                                                                                                                                                                magnetic flux 104 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                                                 rarr lsquo explosionrsquo at 09R 104 G 1022 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                                                 rarr 300 G at -20000 km 105 G 1017 Mx

                                                                                                                                                                                                                                                                                 rarr 2times104 G at -20000 km-20000 km

                                                                                                                                                                                                                                                                                Moreno-Insertis et al (1995)

                                                                                                                                                                                                                                                                                136

                                                                                                                                                                                                                                                                                3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                137

                                                                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                                                                                138

                                                                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                                                                                twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                                                                139

                                                                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                                                                emerged

                                                                                                                                                                                                                                                                                q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                                                q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                                                140

                                                                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                                                                141

                                                                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                                                                142

                                                                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                                Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                                Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                                                                Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                                Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                                Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                                Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                                                                plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                                                at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                                                                143

                                                                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                                                                on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                                                                q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                                                                144

                                                                                                                                                                                                                                                                                dVB

                                                                                                                                                                                                                                                                                E corona

                                                                                                                                                                                                                                                                                2

                                                                                                                                                                                                                                                                                mag 8

                                                                                                                                                                                                                                                                                Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                                                                Conditions

                                                                                                                                                                                                                                                                                q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                145

                                                                                                                                                                                                                                                                                Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                                Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                                Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                                                                Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                                Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                                Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                                Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                                セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                                結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                                146

                                                                                                                                                                                                                                                                                セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                                結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                                147

                                                                                                                                                                                                                                                                                • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 内容
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Fin
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                                • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Setup
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Observation
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                                                                • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                                                  3-1 Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                  137

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                                                                                  138

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                                                                                  twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                                                                  139

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                                                                  emerged

                                                                                                                                                                                                                                                                                  q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                                                  q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                                                  140

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                                                                  141

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                                                                  142

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                                                                  plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                                                  at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                                                                  143

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                                                                  on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                                                                  q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                                                                  144

                                                                                                                                                                                                                                                                                  dVB

                                                                                                                                                                                                                                                                                  E corona

                                                                                                                                                                                                                                                                                  2

                                                                                                                                                                                                                                                                                  mag 8

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Conditions

                                                                                                                                                                                                                                                                                  q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                  145

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                                  Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                                  セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                                  結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                                  146

                                                                                                                                                                                                                                                                                  セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                                  結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                                  147

                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 内容
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Fin
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Setup
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Observation
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al (unpublished) Parametric study on the initial tubersquos twist began earlier than Archontis et al (2004) and Murray et al (2006) It was once submitted to ApJ however given up Still there are some interesting results

                                                                                                                                                                                                                                                                                    138

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                                                                                    twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                                                                    139

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                                                                    emerged

                                                                                                                                                                                                                                                                                    q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                                                    q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                                                    140

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                                                                    141

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                                                                    142

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                                                                    plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                                                    at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                                                                    143

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                                                                    on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                                                                    q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                                                                    144

                                                                                                                                                                                                                                                                                    dVB

                                                                                                                                                                                                                                                                                    E corona

                                                                                                                                                                                                                                                                                    2

                                                                                                                                                                                                                                                                                    mag 8

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Conditions

                                                                                                                                                                                                                                                                                    q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                    145

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                                    セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                                    結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                                    146

                                                                                                                                                                                                                                                                                    セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                                    結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                                    147

                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 内容
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Fin
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Setup
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Observation
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Initial conditions Axial field strength Btube=15 4500 G radius ≒ Rtube=5

                                                                                                                                                                                                                                                                                      twist q=0~01 initial depth ztube=-10 Motivation observationally twist q is ~0002 (Pevtsov et al 1995)

                                                                                                                                                                                                                                                                                      139

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                                                                      emerged

                                                                                                                                                                                                                                                                                      q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                                                      q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                                                      140

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                                                                      141

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                                                                      142

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                                                                      plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                                                      at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                                                                      143

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                                                                      on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                                                                      q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                                                                      144

                                                                                                                                                                                                                                                                                      dVB

                                                                                                                                                                                                                                                                                      E corona

                                                                                                                                                                                                                                                                                      2

                                                                                                                                                                                                                                                                                      mag 8

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Conditions

                                                                                                                                                                                                                                                                                      q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                      145

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                                      Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                                      セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                                      結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                                      146

                                                                                                                                                                                                                                                                                      セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                                      結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                                      147

                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 内容
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Fin
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Setup
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Observation
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Result 1 Every tube emergedEven q=0 case

                                                                                                                                                                                                                                                                                        emerged

                                                                                                                                                                                                                                                                                        q large direct emergence without a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                                                        q small two-step emergence with a tongue

                                                                                                                                                                                                                                                                                        140

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                                                                        141

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                                                                        142

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                                                                        plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                                                        at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                                                                        143

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                                                                        on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                                                                        q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                                                                        144

                                                                                                                                                                                                                                                                                        dVB

                                                                                                                                                                                                                                                                                        E corona

                                                                                                                                                                                                                                                                                        2

                                                                                                                                                                                                                                                                                        mag 8

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Conditions

                                                                                                                                                                                                                                                                                        q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                        145

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                                        Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                                        セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                                        結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                                        146

                                                                                                                                                                                                                                                                                        セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                                        結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                                        147

                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 内容
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Fin
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Setup
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Observation
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Murray et al (2006) q=03 02 and 01 Case with q=01 cannot emerge

                                                                                                                                                                                                                                                                                          141

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                                                                          142

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                                                                          plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                                                          at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                                                                          143

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                                                                          on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                                                                          q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                                                                          144

                                                                                                                                                                                                                                                                                          dVB

                                                                                                                                                                                                                                                                                          E corona

                                                                                                                                                                                                                                                                                          2

                                                                                                                                                                                                                                                                                          mag 8

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Conditions

                                                                                                                                                                                                                                                                                          q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                          145

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                                          セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                                          結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                                          146

                                                                                                                                                                                                                                                                                          セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                                          結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                                          147

                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 内容
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Fin
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Setup
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Observation
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al vs Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al even q=0 emerged Which parameter is critical

                                                                                                                                                                                                                                                                                            142

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Flux tube Gold-Hoyle type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Axial field strength Btube 15 ( 4500 G )≒ 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Radius Rtube 5 25

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Initial twist q 0 ~ 01 (6 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Convection zone Unstable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Trigger of the emergence Initial Vz perturbation Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Result Every q emerged q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                                                                            plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                                                            at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                                                                            143

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                                                                            on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                                                                            q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                                              Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                                              Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                                                                            144

                                                                                                                                                                                                                                                                                            dVB

                                                                                                                                                                                                                                                                                            E corona

                                                                                                                                                                                                                                                                                            2

                                                                                                                                                                                                                                                                                            mag 8

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Conditions

                                                                                                                                                                                                                                                                                            q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                            145

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                                            Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                                            セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                                            結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                                            146

                                                                                                                                                                                                                                                                                            セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                                            結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                                            147

                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 内容
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Fin
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Setup
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Observation
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Initial condition

                                                                                                                                                                                                                                                                                              plasma β = P Pmag lt 1

                                                                                                                                                                                                                                                                                              at the tube top Strong tubehellip

                                                                                                                                                                                                                                                                                              143

                                                                                                                                                                                                                                                                                              Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                              Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                                                                              on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                                                                              q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                                                Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                                                Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                                                                              144

                                                                                                                                                                                                                                                                                              dVB

                                                                                                                                                                                                                                                                                              E corona

                                                                                                                                                                                                                                                                                              2

                                                                                                                                                                                                                                                                                              mag 8

                                                                                                                                                                                                                                                                                              Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                                                                              Conditions

                                                                                                                                                                                                                                                                                              q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                              145

                                                                                                                                                                                                                                                                                              Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                              Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                                              Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                                              Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                                                                              Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                                              Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                                              Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                                              Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                                              Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                                              セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                                              結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                                              146

                                                                                                                                                                                                                                                                                              セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                                              結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                                              147

                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 内容
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Fin
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Setup
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Observation
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                Introduction of Miyagoshi et al

                                                                                                                                                                                                                                                                                                Miyagoshi et al Result 2 Coronal magnetic energy depends

                                                                                                                                                                                                                                                                                                on the initial twist q

                                                                                                                                                                                                                                                                                                q large direct emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  Emag increases with q q small two-step emergence

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  Emag does not depend on q because the second-step emergence occurs only when the Acheson criterion is satisfied

                                                                                                                                                                                                                                                                                                144

                                                                                                                                                                                                                                                                                                dVB

                                                                                                                                                                                                                                                                                                E corona

                                                                                                                                                                                                                                                                                                2

                                                                                                                                                                                                                                                                                                mag 8

                                                                                                                                                                                                                                                                                                Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                                                                                Conditions

                                                                                                                                                                                                                                                                                                q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                145

                                                                                                                                                                                                                                                                                                Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                                                Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                                                                                Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                                                Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                                                Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                                                Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                                                Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                                                セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                146

                                                                                                                                                                                                                                                                                                セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                147

                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 内容
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Fin
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Setup
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Observation
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  Setup and Results

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  Conditions

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  q=0 cannot emerge consistent with Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  145

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  Our case Murray et al (2006)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  Flux tube Gaussian type Gaussian type

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  Axial field strength Btube 15 (=3750 G) 29 (=3770 G)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  Radius Rtube 25 25

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  Initial twist q 005 ~ 05 (10 runs) 01 02 and 03

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  Initial depth ztube -10 -10

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  Convection zone Neutrally stable Neutrally stable

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  Trigger of the emergence Magnetic buoyancy Magnetic buoyancy

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  Result qlt01 failed q=01 failed

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  146

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  147

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 内容
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Fin
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Setup
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Observation
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                    セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                    結果 (x=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                    146

                                                                                                                                                                                                                                                                                                    セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                    結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                    147

                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 内容
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Fin
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Setup
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Observation
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                      セットアップと計算結果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                      結果 (y=0)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                      147

                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 太陽浮上磁場活動領域形成に関する 大規模MHD数値シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 内容
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 太陽活動と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 先行研究の概観
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 浮上磁場研究の問題点課題
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2次元計算2つのモード
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2次元軸方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 16
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 光球付近における減速
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 25次元断面方向計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 21
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2次元計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (8)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (9)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3次元浮上磁場計算 (10)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 内容 (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • まとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 今後の課題
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Fin
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 1 Introduction
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2 Previous 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3 3D Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 4 Summary and Future Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 4 What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • What to Study in HAO
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2-4 2D Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study BX-Φ too strong
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey BX-Φ weak (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study typical case
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 59
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study BX strong
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 61
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study BX weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 63
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Study q weak
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 66
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3-1 Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Setup
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3-2 Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Appendix
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Active Regions and Emerging Flux
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Active Regions and Emerging Flux (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2-1 2D calculations
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Slide 74
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Deceleration near the Surface
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2-2 Cross-sectional Calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2-3 Summary of 2D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2-2 Smaller-scale 3D Works
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Results qH0=040 (rapid two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Results qH0=015 (slow two-step) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Summary of 3D Work
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Observation
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Results qH0=005 (failed)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Results (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Results (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Results (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Results (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Large-scale 3D calculation (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Observation (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • イントロダクション
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 議論とまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 議論とまとめ (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 太陽と磁場
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 磁気浮力とParker不安定性
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 活動領域と浮上磁場 (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 磁束浮上シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 対流層内部における近似計算 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 浮上磁場シミュレーション
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 光球付近での減速機構
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (12)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 本研究の目的 (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (22)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (23)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (24)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 数値モデル (14)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 減速の物理 (34)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 減速の物理 (34) (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 光球付近における減速 (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 5 パラメータ研究
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (111)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (211)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (311)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (511)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (611)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (711)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (811)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (911)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • パラメータ研究 (1011)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 軸方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 断面方向計算のまとめ
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Resistive Emergence Model
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Preceding Studies(13)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Preceding Studies(23)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Preceding Studies(33)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey and Discussion (99)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Parameter Survey and Discussion (89)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3-1 Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (3)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (4)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (5)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (6)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Introduction of Miyagoshi et al (7)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • Setup and Results
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • セットアップと計算結果
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • セットアップと計算結果 (2)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                        top related